WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 12 |

Гетерогенные биокатализаторы на основе иммобилизованных клеток микроорганизмов: фундаментальные и прикладные аспекты

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЕФРЕМЕНКО ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА

ГЕТЕРОГЕННЫЕ БИОКАТАЛИЗАТОРЫ

НА ОСНОВЕ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ

КЛЕТОК МИКРООРГАНИЗМОВ:

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ

03.00.02 – биофизика

03.00.23 – биотехнология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Москва - 2009

Работа выполнена на кафедре химической энзимологии Химического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный консультант: Варфоломеев Сергей Дмитриевич, доктор химических наук, профессор член- корреспондент РАН

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Ревин Виктор Васильевич доктор химических наук, профессор Розанцев Эдуард Григорьевич доктор технических наук, профессор Гернет Марина Васильевна

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН

Защита состоится 14 октября 2009 года в 11 часов на заседании Диссертационного совета Д 002.039.01 при Институте биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН по адресу: 119334, Москва, ул. Косыгина, д. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института химической физики им. Н.Н. Семенова РАН С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте ВАК РФ http://vak.ed.gov.ru Автореферат разослан _ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук М.А. Смотряева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Биотехнологические процессы, реализуемые при использовании гетерогенных биокатализаторов (ГБК) в виде иммобилизованных клеток (ИмК) микроорганизмов, позволяют получать целевые продукты как результат сложных многостадийных биохимических превращений исходных субстратов. Иммобилизация клеток, означающая любое ограничение свободы их физического движения в пространстве, давно обсуждается как эффективный подход к решению задач по интенсификации и повышению экономической привлекательности современных биотехнологических процессов, основанных на применении различных микроорганизмов.

ГБК на основе ИмК обеспечивают возможность создания биотехнологических процессов, в которых клетки длительно используются с высоким выходом целевых продуктов, при этом техническое решение таких процессов существенно упрощено по сравнению с процессами на основе свободных (суспензионных) клеток. Вместе с тем, широкомасштабная реализация биотехнологических процессов, основанных на применении ИмК, сегодня сдерживается несколькими основными причинами:

- существованием традиционных подходов к проведению процессов; - отсутствием адекватных и экспрессных методов контроля биокаталитической активности ИмК микроорганизмов в составе ГБК; - коротким перечнем ГБК, производство и применение которых можно масштабировать и осуществить в промышленных условиях; - недостатком научных фундаментальных знаний о биокаталитических системах на основе ИмК и кинетических закономерностях, лежащих в основе их функционирования. Объективность существования этих причин подтверждается тем огромным научным и практическим интересом, который существует уже несколько десятилетий по отношению к ГБК на основе ИмК микроорганизмов и находит свое выражение в числе публикаций, которое с каждым годом растет, и рост этот носит экспоненциальный характер.

Проведенный анализ динамики развития исследований ГБК, которые ведутся во всем мире, показал, что в начале 21 века произошло резкое увеличение числа научных изысканий в этой области, которые преимущественно оказались связанными с изучением ИмК бактерий, причем включенных в ГБК нативно, то есть самоиммобилизованных в природных условиях, как правило, в биопленки.

Известно, что иммобилизация клеток – это широко распространенный в природе феномен, который играет особую роль в стратегии выживания и сохранения максимального числа каталитических функций у клеток. Формирующиеся при этом ГБК в виде биопленок с включенными в них клетками оказались суперэффективными катализаторами различных негативных процессов (биокоррозия металлических конструкций, возникновение воспалительных процессов, деструкция пластиковых материалов и др.). Попытки исследователей биопленок применить к своим объектам информацию о закономерностях функционирования искусственно создаваемых в течение многих лет ГБК на основе ИмК микроорганизмов ярко высветили существующие пробелы в знаниях об этих биокаталитических системах, способах их контроля и управления ими.

Сложилась парадоксальная ситуация с ГБК на основе ИмК, когда понимание существующих преимуществ этих систем (высокая операционная стабильность, резистентность к воздействию негативных факторов, продолжительные временные периоды активного биокаталитического действия, высокие выходы целевых продуктов) перед свободными клетками, традиционно используемыми в биотехнологических процессах, стимулировало на протяжении многих лет развитие исследований, направленных на внедрение их в промышленность (конструирование биореакторов, организация непрерывных процессов и др.), на фоне недостатка фундаментальных знаний о причинах существования этих преимуществ, а также о биофизических (кинетических) принципах, лежащих в основе функционирования ГБК с такими преимуществами. В связи с этим, исследования, позволяющие сократить пробелы на информационном поле в отношении ГБК, основу которых составляют ИмК микроорганизмов, являются крайне актуальными и имеют большое научно-практическое значение.



Целью данной работы было решение комплекса научно-практических задач, связанных с разработкой подходов к получению высокоэффективных ГБК на основе ИмК микроорганизмов, способных обеспечить реализацию различных биотехнологических процессах, а также исследование их биохимических свойств и основных кинетических закономерностей функционирования.

В рамках этой работы были поставлены следующие основные задачи:

- разработать научно-методологический подход, базирующийся на использовании биолюминесцентного метода определения концентрации внутриклеточного аденозин-5'-трифосфата (АТФ) в ИмК различных микроорганизмов, к адекватной оценке эффективности их каталитического действия и установить возможность использования данного биофизического метода исследования на разных стадиях изучения (получение, применение и хранение) иммобилизованных ГБК в качестве одного из главных аналитических инструментов;

- исследовать возможность создания полифункциональных ГБК на основе ИмК различных микроорганизмов, определить факторы, позволяющие направленно регулировать каталитические характеристики иммобилизованных ГБК в процессе их получения;

- провести критический сравнительный анализ биохимических и каталитических характеристик свободных и иммобилизованных клеток, позволяющий обобщить характерные особенности действия ГБК, и на основе результатов аналитического обобщения составить гипотезу о фундаментальных принципах, лежащих в основе закономерностей функционирования биокаталитических систем на основе ИмК;

- разработать новые ГБК на основе ИмК природных и рекомбинантных штаммов микроорганизмов с использованием криогеля поливинилового спирта (ПВС) в качестве носителя и исследовать возможность их эффективного применения в различных биотехнологических процессах с целью создания научнопрактических основ для реализации инновационных технических решений уже существующих процессов или организации принципиально новых биотехнологий.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- широко апробирован биолюминесцентный метод анализа внутриклеточной концентрации АТФ для осуществления направленного получения высокоактивных ГБК на основе ИмК микроорганизмов, являющихся продуцентами различных целевых продуктов. Многочисленные экспериментальные данные в совокупности формируют научно-методологический подход к исследованию ГБК, базирующийся на выборе наиболее благоприятных условий подготовки клеток к иммобилизации и получения ГБК с использованием концентрации внутриклеточного АТФ в качестве критерия такого выбора. Данный биофизический подход позволяет выявить и обосновать основные закономерности изменения характеристик ИмК и может быть рекомендован для широкого применения в исследованиях ГБК на основе ИмК различных микроорганизмов в качестве эффективного аналитического инструмента;

- впервые показана возможность использования биолюминесцентного метода определения АТФ для исследования влияния различных факторов на кинетику развития смешанных культур в составе ГБК; установлены кинетические характеристики и закономерности формирования коррозионно-опасных биопленок (КОБ) в проточных системах; разработан подход к оценке биоцидной активности ингибиторов коррозии по отношению к различным КОБ на основе биолюминесцентного метода определения концентрации внутриклеточного АТФ;

установлено, что эффективность применения биоцидов с целью подавления развития КОБ зависит от их стадии роста;

- впервые установлено влияние условий формирования ГБК, а также условий и длительности их функционирования в периодическом режиме на прочностные характеристики ГБК, разработанных на основе ИмК мицелиальных грибов.

Показана возможность создания полифункциональных ГБК с использованием общих подходов, базирующихся на варьировании условий формирования иммобилизованного мицелия при исходной иммобилизации спор одной и той же культуры;

- показана возможность создания полифункциональных ГБК на основе клеток дрожжей. Установлено, что использование оптимизированного способа получения ГБК для клеток рода Saccharomyces, позволяет получить ИмК, применение которых возможно в разнообразных биотехнологических процессах, базирующихся на конверсии моносахаридов в этанол (шампанизация вина, получение образцов красного и белого вина, повышение качества некондиционной винной продукции, получение этанола из различных отходов сельского хозяйства и промышленности);

- впервые установлена возможность трансформации клеток в иммобилизованном состоянии плазмидной ДНК. Показано, что компетентные ИмК могут быть использованы для получения полифункциональных ГБК путем их трансформации новыми генетическими конструкциями;

- впервые выдвинута гипотеза о том, что в основе стабильного и длительного функционирования клеток в составе ГБК, разрабатываемых на основе ИмК, лежит система глобальной регуляции экспрессии генов, чувствительная к концентрации клеток. Иммобилизация клеток в высоких концентрациях активирует проявления генетически запрограммированного ответа клеток, приводящего к изменению их генетического и биохимического статуса. Научная гипотеза, основана на экспериментальных данных и расширяет представления о фундаментальных принципах, лежащих в основе закономерностей функционирования биокаталитических систем на основе ИмК, а также о подходах, которые могут быть применены на стадии получения ГБК и регулирования эффективности их действия в биотехнологических процессах;

- исследованы каталитические и физико-химические свойства новых белков – генетически модифицированных аналогов органофосфатгидролазы (ОРН).



Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 12 |
 

Похожие материалы:

«ЕФИМОВ ПЕТР ГЕННАДЬЕВИЧ РОД PLATANTHERA Rich. (ORCHIDACEAE Juss.) И БЛИЗКИЕ РОДЫ ВО ФЛОРЕ РОССИИ 03.00.05. – Ботаника Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2007 Работа выполнена в Отделе Гербарий высших растений Ботанического института им. В. Л. Комарова РАН. Научный руководитель: доктор биологических наук Аверьянов Леонид Владимирович Официальные оппоненты: доктор биологических наук Шамров Иван Иванович, кандидат биологических наук ...»

«Шелудченков Антон Александрович Исследование механизма цитотоксического действия белкового комплекса Tag7-Hsp70 на опухолевые клетки специальность 03.01.03 – молекулярная биология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Москва – 2014 Работа выполнена в лаборатории молекулярной иммуногенетики рака Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института биологии гена Российской академии наук. Научный руководитель: доктор биологических наук, ...»

« Цыганов Андрей Николаевич Морфологическая изменчивость, видовой состав и структура сообществ сфагнобионтных раковинных амёб Специальность 03.00.18 – Гидробиология 03.00.08 – Зоология Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Москва – 2007 Работа выполнена на кафедре гидробиологии Биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Научные руководители: доктор биологических наук, профессор Бурковский Игорь Васильевич кандидат ...»

«ЧУЙКИН Илья Александрович МЕХАНИЗМЫ АНТИПРОЛИФЕРАТИВНОГО ДЕЙСТВИЯ ИНГИБИТОРОВ ДЕАЦЕТИЛАЗ ГИСТОНОВ НА ЭМБРИОНАЛЬНЫЕ СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ МЫШИ 03.00.25 – гистология, цитология, клеточная биология АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Санкт-Петербург 2006 Работа выполнена в Институте цитологии РАН, Санкт-Петербург Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Поспелов Валерий Анатольевич Институт цитологии РАН, Санкт-Петербург Официальные ...»

«БОРОДИН Всеволод Игоревич ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РОДА ВЁШЕНКА (PLEUROTUS (FR.) P. KUMM.) ГОРНО-ЛЕСНЫХ ФИТОЦЕНОЗОВ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАВКАЗА 03.02.08 Экология (Биологические науки) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук Краснодар – 2013 Работа выполнена на кафедре биологии и экологии растений ФГБОУ ВПО Кубанский государственный университет. доктор биологических наук, профессор Научный руководитель: Криворотов Сергей Борисович Горьковенко ...»

«БОНДАРЕНКО Александр Сергеевич АУТЭКОЛОГИЯ И МИГРАЦИОННАЯ АКТИВНОСТЬ МАССОВЫХ ВИДОВ ЖУЖЕЛИЦ (COLEOPTERA, CARABIDAE) НАГОРНОЙ ЧАСТИ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАВКАЗА 03.02.08 – экология (биологические науки) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Краснодар – 2013 Работа выполнена на кафедре фитопатологии, энтомологии и защиты растений факультета защиты растений ФГБОУ ВПО Кубанский государственный аграрный университет Научный руководитель: Замотайлов Александр ...»

«БЛИНОВА Илона Владимировна БИОЛОГИЯ ОРХИДНЫХ НА СЕВЕРО-ВОСТОКЕ ФЕННОСКАНДИИ И СТРАТЕГИИ ИХ ВЫЖИВАНИЯ НА СЕВЕРНОЙ ГРАНИЦЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ Специальность 03. 00. 05 – ботаника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук Москва - 2010 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук в Полярноальпийском ботаническом саду-институте им Н. А. Аврорина (ПАБСИ КНЦ РАН) Официальные оппоненты: доктор биологических наук Коломейцева Галина Леонидовна доктор ...»

«БАКАЕВА Светлана Сергеевна СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОПУЛЯЦИЙ КРАПЧАТОГО СУСЛИКА (Spermophilus suslicus Gld.) В ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ АРЕАЛА: МЕТАПОПУЛЯЦИОННАЯ СТРУКТУРА, БИОТОПИЧЕСКАЯ ПРИУРОЧЕННОСТЬ, ГЕНЕТИЧЕСКОЕ РАЗНООБРАЗИЕ Специальность 03.02.08 – экология (биология) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Пенза – 2013 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Пензенский ...»

«БАИШЕВА ЭЛЬВИРА ЗАКИРЬЯНОВНА ЭКОЛОГО-ФИТОЦЕНОТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА БРИОКОМПОНЕНТА ЛЕСНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН Специальность 03.02.01 – ботаника АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук УФА – 2010 Работа выполнена в Лаборатории геоботаники и охраны растительности Учреждения РАН Института биологии Уфимского научного центра РАН Научный консультант Миркин Борис Михайлович доктор биологических наук, профессор Официальные оппоненты: Игнатов Михаил ...»




 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.