Đang tải... (xem toàn văn)
Bài giảng Nhập môn công nghệ sinh học
1 1 NHẬP MÔN CÔNG NGH Ệ SINH HỌC 2 Chương 1: MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CNSH • 1. CNSH LÀ GÌ? • 2. PHÂN LOẠI NHỮNG LĨNH VỰC CNSH • CNSH nông nghiệp • CNSH y học • CNSH môi trường • CNSH năng lượng • CNSH vật liệu • CNSH chế biến thực phẩm • CNSH hóa học 2 3 3. LỊCH SỬ HÌNH THÀNH CNSH 1. Trước chiến tranh thế giới thứ 2 2. Sau chiến tranh thế giới thứ 2 4 Chương 2: NHỮNG LĨNH VỰC TÁC ĐỘNG CHỦ YẾU CỦA CNSH HIỆN NAY Hình 7.7. Cây ứng dụng công nghệ sinh học theo MITI ( TRANG SAU ) 3 5 giảm chi phí chế tạo sản xuất lương thực, thực phẩm bằng enzim Hóa sinh chất phản ứng enzim Tăng năng suất điện tử sinh học (cảm biến sinh học, miếng sinh học) khử chất thải lựa chọn thực vật Tách chất kim loại bằng ngâm chiết cải tiến các loại sử dụng sinh khối Nuôi trồng dướ i nước Công nghiệp hóa chất Lên men Công nghiệp dược phẩm Công nghiệp điện và điện tử Công nghiệp thực phẩm Môi trường Nông nghiệp Công nghiệp mỏ Chăn nuôi Công nghiệp tài nguyên năng lượng Công nghiệp đánh bắt thuỷ sản Công nghệ sinh học Các chất sinh vật có thể khai thác được CÂY CNSH 6 Bảng 7.4. Cơ cấu ngành nghề trong các lĩnh vực thuộc công nghệ sinh học Công nghệ sản xuất và chế phẩm sinh học bảo vệ thực vật 13 Tạo giống vật nuôi bằng công nghệ sinh học 12 kỹ sư khai thác thiết bị quang phổ , sắc kí , hiển vi điện tử 24Tạo giống cây trồng bằng CNSH11 kiến tạo phần mền vi tính cho các quá trình sản xuất bằng CNSH 23Công nghệ sản xuất vácxin, vitamin10 chế tạo , vận hành thiết bị CNSH22Công nghệ sản xuất kháng sinh9 Năng lượng sinh học21Quá trình thiết bị CNSH8 kỹ thuật khai thác kim loại quý bằng CNSH 20Công nghệ di truyền và kỹ thuật gen7 điều khiển học trong sinh học19Sinh học tế bào6 Công nghệ sản xuất các loại axit hữu cơ va dung môi bằng sinh học 18Sinh lý động -thực vật5 Công nghệ sản xuất các chất giàu dinh dưỡng 17Sinh học phân tử4 xử lý chất thải lỏng bằng công nghệ sinh học 16Công nghệ vi sinh3 xử lý chất thải rắnbằng công nghệ sinh học 15Công nghệ enzim2 Công nghệ sinh học sản xuất phân bón14Công nghệ hoá sinh1 Chuyên nghành CNSHTTChuyên nghành CNSHSTT nguồn : Theo tài liệu của chương trình nhà nước về CNSH 4 7 1.CNSH VỚI VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG TÁI SINH TỪ SINH KHỐI 1.Khái niệm về năng lượng tái sinh từ sinh khối 2.Vấn đề quang hợp – sinh tổng hợp các chất hữu cơ 3.Hệ đơn bào tạo năng lượng 4.Khí sinh học (biogas) 5.Năng lượng tái sinh ngành nông nghiệp và lâm nghiệp 6.Pin sinh học 8 2. CNSH VỚI CN TP & SẢN XUẤT HÓA CHẤT 1. CN lên men 2. CN Sản xuất các acid amin 3. CN thủy phân protein sản xuất nước chấm 4. CN sản xuất các enzym 5. CNSH trong chế biến tinh bột 6.CNSH Sản xuất các chất phụ gia thực phẩm 5 9 A/ CÔNG NGHỆ SH TRONG CBTP : 1/ CN sản xuất sữa: - Sản xuát phoma 2/Chế biến tinh bột 3/ Sx nước uống lên men: + Bia + rượu nho +rượu cồn ( chưng cất ) 4/ Sx sản phẩm chứa protein 10 4/ Sx sản phẩm chứa protein: + Thực phẩm lên men truyền thống giàu protein:phoma , đậu phụ, nước mắm + Protein vi khuẩn đơn bào SPC (SPC từ nguồn cacbonhydrate; từ tảo lam cố định đạm cyanobacteria và vi tảo ) 5/ Sx các chất tăng hương vị thực phẩm : +ủ chua ( citric axit ); các axit hữu cơ khác ( acetic , propionic ,itaconic,gluconic,fumaric ) +Amino axit +vitamin và thực phẩm màu 6 11 + Chất tăng vị ngọt thực phẩm(các nuleotide(chủ yếu chứa inosine và guanine)được sx ở quy mô CN + keo thực phẩm: làm tăng mùi vị , hình dạng và thẩm mỹ của thực phẩm , thường ở dạng polysaccaride, được tạo ra trong quá trình lên men psodomonas sp -6/ Chế biến rau quả :nâng cao chất lượng chế biến như muối chua , làm nước chấm từ đậu phụ , đậu tương ; sx nước quả( giảm độ nhớt ; làm trong nước quả Cắt các liên kết pectin ) 12 B/ CNSH trong sản xuất hóa chất : -vai trò xúc tác sinh học ( enzyme) và quá trình , phản ứng hóa học do chúng xúc tác đã tạo ra nhiều sản phẩm khác nhau . Do đó có thể nói CNSH và ngành hóa có quan hệ chặt chẽ với nhau và bổ sung cho nhau ( TL- bảng 3.4-trang 57 ): VD: xúc tác sinh học ở giai đoạn phát triển; xúc tác ở giai đoạn kết thúc pt; xúc tác in vitro; xúc tác hóa học nhờ enzyme 7 13 - Hiện nay CNSH dã là cơ sở cho nhiều quy trình công nghệ sán xuất các sản phẩm hóa học như axetone, ethanolbutanol, butadiol , isopropanol từ gỗ , dầu mỏ ,than đá Hoặc từ các nguyên liệu khác VD sx glycerol từ tảo và các chất nhân thơm có giá trị với CN hóa chất hiện đại từ gỗ - CNSH hiện đại còn cung cấp nhiều chủng loại vs & enzyme cho phép thực hiện những biến đổi HH tinh vi trong sx các loại thuốc chữa bệnh có giá trị , các Steroid, các thuốc kháng sinh thế hệ mới , các chất thứ cấp có giá trị (terpene, alkaloid= con đường nuôi cấy tế bào thực vật 14 SAU ĐÂY LÀ MỘT SỐ VD CỤ THỂ CỦA CNSH TRONG NGÀNH HÓA CHẤT : 1/ Lên men sx dung môi hữu cơ:ethanol, glycerol, acetol, butanol VD: Dùng vi khuẩn clostridium acetolbutylicum để lên men yếm khí môi trường chứa tinh bột để thu nhận acetol thay cho quá trình chưng cất gỗ trong cong nghiệp trước đây( sơ đồ trg 59- TL ) 2/Sx axit hữu cơ: axit acetic(= CNVS để biến đổi celulose thành acetic axit, hoặc tổng hợp acetic axit từ co2 và H2 nhờ Acetobacter và clostridium ); Lactic axit; citric a. … 8 15 3/ Sx amino axit: về nguyên tắc có thể thủy phân protein= axit hoặc enzyme hoặc tổng hợp hóa học để tạo ra các đồng phân quang học của amino axit , lên men và tổng hợp nhờ các enzyme. Ngày nay người ta dùng VSV để lên men hoặc xúc tác enzyme. Các chủngVS:Bacilus;Aerobacter;Micobacterium 4/CNSH sx thuốc kháng sinh và thuốc steroid chủ yếu nhờ lên men = VSV. Các hướng N/c trong limhx vực này tập trung vào ( mở rộng phổ hoạt động của thuốc ; nâng cao hiệu lực thuốc kháng sinh ; giảm độ độc và phản ứng phụ của thuốc đối với người ; tạo các dạng thuốc chịu được sự phân giải của vi khuẩn, kéo dài thời gian bán hủy của chúng ; hoàn thiện các các phương thức sử s\dụng thuốc Các loại thuốc kháng sinh được sx theo 3 phương pháp sau: 16 CÁC PP SX THUỐC KHÁNG SINH: a/ Lên men trực tiếp: bản chất của pp là bổ sung các tiền chất của kháng sinh hoặc các chất ức chế trao đổi chất vào môi trường lên men hướng chủng lên men tổng hợp chất kháng sinh và các đồng phân của nó vd: chủng penicillium chrysogennum chuyên tổng hợp penicillin. b/ tạo kháng sinh bằng phương pháp “đột biến tổng hợp”: bản chất là sử dụng các dạng đột biến để dịnh hướng tổng hợp thuốc kháng sinh theo mong muốn c/ cải biến thuốc kháng inh nhờ VSV 9 17 5/ Sử dụng tính năng và công dụng súc tác của các enzyme thương mại trong cong nghiệp hóa chất : -proteinase -glucose isomerase -amylase và Amyloglucosidase - Các enzyme thương phẩm khác ( E. lactase; E. invertase ) - Sử dụng một số E. không tan… 6/ CNSH trong sx hóa chất từ sinh khối ( sx hóa chất từ tế bào TV( buộc các gene TV hoạt động trong tbào VK hoăc nuôi cấy các dòng TBTVchonj lọc nhằm tạo ra cacsc chất thứ cấp quý hiếm; SX hóa chất từ sinh khối ) 18 7/ Triển vọng của CNSH trong CNHC càng ngày vai trò của CNSH trong ngành Hóa chất càng được chú trọng khai thác vd: - Khai thác tối đa các phản ứng có hệ xúc tác sinh học ( phản ứng oxy khử trực tiếp trong đó quan trọng là gắn oxy trực tiếp vào cơ chất như biên đối alkane thành rượu ) - Dùng enzyme xúc tác cho các phản ứng hóa học phi truyền thống( oxy hóa cơ chất hữu cơ thông qua enzyme glucose oxydase ) 10 19 - Công nghệ protein ( cải biến protein tự nhiên bằng các phản ứng hóa học , hoặc công nghệ gene nhằm thay đổi hoặc nâng cao hoạt tính của protein - - ứng dụng enzyme trong hệ khan nước 20 1. Mục tiêu : cải thiện những đặc tính di truyền của sv 2. Tạo đột biến và phân lập chủng 3. Tạo giống bằng phương pháp lai ghép tế bào 4. Cải biến di truyền trong điều kiện in viVo plasma. 5. Lai ghép tế bào trần – protoplast thực vật. 6. Lai ghép tế bào động vật. 3.CNSH TRONG DI TRUY ỀN SINH HỌC PHÂN TỬ [...]... xuất các chất có họat tính sinh học nhờ nuôi cấy mô tế bào Sản xuất thuốc bằng công nghe nuôi cấy tế bào 2 n/c , pt và ứng dụng công nghệ tế bào gốc phục vụ chữa bệnh ; mở rộng quy mô ứng dụng công nghệ thụ tinh trong ống nghiệm đẻ giải quyết vấn đề vô sinh ; phất triển công nghệ đơn dòng tế bào và ứng dụng trong việc chẩn đoán vadf điều trị bệnh 3-N/C Pt và ứng dụng công nghệ gen trong chẩn đoán và... Viện Công nghệ Sinh học (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) nhận xét: ) 43 • Theo PGS TS Đỗ Năng Vinh, Phó viện trưởng Viện Di truyền Nông nghiệp (Viện Khoa học Nông ngiệp Việt Nam), hầu hết các lĩnh vực CNSH trong nông nghiệp ở nước ta vẫn chỉ là công nghệ chai lọ, mới hoàn thành được khâu nghiên cứu cơ bản, tính ứng dụng thực tế không cao, đặc biệt là khó mở rộng thành đại trà Nhiều nhà khoa học. .. ASEAN nhưng đến nay, công nghệ sinh học (CNSH) của Việt Nam vẫn chưa được các ban ngành quan tâm và đánh giá đúng vai trò trong sự nghiệp phát triển kinh tế nông nghiệp Chính vì vậy, công tác nghiên cứu và ứng dụng CNSH vào thực tế sản xuất đang bỏngỏ au rất nhiều nước, kể cả một 39 Nhân giống khoai tây sạch bệnh siêu nguyên chủng ở Sở Khoa học và Công nghệ Thái Bình 40 20 Côngnghệ chailọ Từ lâu, nông... sản phẩm y học bằng tế bào cải biến 6- Sản xuất thuốc kháng sinh, vitamin , a amin , protein bằng công nghệ lên men và vi sinh tái tổ hợp N/c và sx các loại vắc-xin thế hệ mới ( vắc –xin tế bào , vắc –xin tái tổ hợp , vắc –xin AND ) để đảm bảo cung ứng 80-90%nhu cầu trong nước và một phần cho xuất khẩu 7-Sản xuất thuốc nhờ công nghệ sử dụng DNA tái tổ hợp 8- N/C các chất có hoạt tính sinh học từ đv,... học và kỹ thuật để biến đổi vật chất bằng các tác nhân sinh học nhằm cung cấp sản phẩm và các dịch vụ Các tác nhân sinh học chính là vi sinh 28 14 • vật, tế bào thực vật và các enzim Sản phẩm và các dịch vụ chủ yếu của chúng có liên quan đến lĩnh vực nông nghiệp, ngư nghiệp, công nghiệp thực phẩm và dược phẩm Ngày nay, CNSH đang được ứng dụng vào rất nhiều lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp, y học. .. nuôi cấy tế bào vi sinh vật- Lên men 2.CNSH và vấn đề tạo giống cây trồng bằng phương pháp nuối cấy mô, tế bào, công nghệ vi nhân giống đáp ứng yêu cầu cây giống tốt , có chất lượng cao , sạch bệnh , các giống cây trồng lâm nghiệp có tốc độ sinh trưởng cao , chất lượng gỗ tốt , chống chịu sâu bệnh bệnh, thích nghi với các điều kiện ngoại cảnh bất thuận , 22 11 6 CÔNG NGHỆ SINH HỌC VỚI Y HỌC 1.Sản xuất...4.CÔNG NGHỆ SINH HỌC NÔNG NGHIỆP 1.Cuộc cách mạng xanh.- cải tạo giống cây trồng 2.Vấn đề cố định đạm (N) 3.Sản xuất năng lượng trong nông nghiệp 4 Trồng cây trong dinh dưỡng(Phương pháp canh tác mới) 5 CNSH trong lĩnh vực BVTV 6.CNSH trong ngành chăn nuôi: nc cải tiến các công nghệ sinh sản , đặc biệt là công nghệ tế bào động vật trong đông lạnh tinh , phôi... hệ sinhthais tự nhiên , bảo vệ môi trường -n/c pt & ud cnsh đẻ lưu giữ và bảo tồn , sử dunh hợp lý tài nguyên, đa dạng sinh học đất đai , nước , không khí vì mục tiêu phát triển bền vững 25 Chương 3: HIỆN TRẠNG VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CNSH VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA CNSH 1.CNSH trên thế giới 2.CNSH ở Việt Nam 3.Sự phát triển CNSH tại TP HCM 26 13 nh học ngày càng chiếm ưu 1.CNSH trên thế giới Công nghệ sinh học. .. nghiệp thế giới Tình trạng suy giảm đa dạng sinh học, hệ thống giống cây trồng – vật nuôi kém năng suất, môi trường sinh thái mất cân đối và những vụ ngộ độc thực phẩm liên tục gia tăng trong thời gian qua khiến nhiều nước trên thế giới phải đau đầu nghiên cứu nhằm tìm ra hướng đi mới và bền vững cho nền nông nghiệp Trên thực tế, việc ứng dụng công nghệ sinh học (CNSH) vào sản xuất đã và đang mang lại... tính sinh học từ đv, thực vật , vsv để sản xuất ở quy mô công nghiệp các loại thuốc, mỹ phẩm, và thực phẩm chức năng 9- N/C và ứng dụng công nghệ tế bào trong bảo tồn và phát triển các nguồn dược liệu quý hiếm 23 7.CNSH VỚI MÔI TRƯỜNG -n/c phat triển & ứng dụng cnsh để tạo ra các công nghệ và sản phẩm thân thiện với môi trường , sx nhiên liệu sinh học ( khí sh, xăng sh, diezen sh )phục vụ mục tiêu sản . dinh dưỡng 1 7Sinh học phân tử4 xử lý chất thải lỏng bằng công nghệ sinh học 1 6Công nghệ vi sinh3 xử lý chất thải rắnbằng công nghệ sinh học 1 5Công nghệ enzim2 Công nghệ sinh học sản xuất phân bón1 4Công nghệ. bằng CNSH 2 0Công nghệ di truyền và kỹ thuật gen7 điều khiển học trong sinh học1 9Sinh học tế bào6 Công nghệ sản xuất các loại axit hữu cơ va dung môi bằng sinh học 1 8Sinh lý động -thực vật5 Công nghệ. Cơ cấu ngành nghề trong các lĩnh vực thuộc công nghệ sinh học Công nghệ sản xuất và chế phẩm sinh học bảo vệ thực vật 13 Tạo giống vật nuôi bằng công nghệ sinh học 12 kỹ sư khai thác thiết bị quang