Экзаменационные вопросы по курсу «Основы биотехнологических производств»



страница1/8
Дата12.09.2017
Размер1,81 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8

Экзаменационные вопросы по курсу «Основы биотехнологических производств»

1. Характеристика основных стадий микробного биотехнологического производства.

2. Совершенствование биообъектов методами мутагенеза. Механизмы, обеспечивающие возможность повышения выхода целевого продукта у мутантов. Преимущества и недостатки спонтанного и индуцированного мутагенеза в селекции продуцентов.

3. Клеточная инженерия в селекции биообъектов. Направления использования метода слияния протопластов в селекции производственно ценных штаммов микроорганизмов.

4. Основные источники эмиссии биотехнологических производств.

5. Санитарно-гигиеническая оценка биологического объекта и готовых продуктов, включающих живые клетки продуцента.

6. Комплексная оценка безопасности промышленных штаммов.

7. Обеспечение микробиологической безопасности биотехнологических производств.

8. Пивные дрожжи, характеристика, технологические свойства и показатели качества.

9. Основные стадии процесса пивоварения. Микробиологические процессы, происходящие в пивном сусле.

10. Микроорганизмы-вредители пивоваренного производства.

11. Первичное виноделие, его стадии. Микробиологические процессы в виноделии.

12. Вторичное виноделие, его стадии.

13. Способы ферментации, сырье и микроорганизмы, используемые в производстве органических кислот.

14. Поверхностный, поверхностно-циркуляционный и глубинный


способы получения уксуса.

15. Продуценты лимонной кислоты. Технологические критерии и направления селекции производственных штаммов.

16. Способы культивирования продуцентов лимонной кислоты. Направления совершенствования технологии получения лимонной кислоты.

17. Микробиологическая и биохимическая основа биотехнологий производства молочной кислоты. Способы получения. Области применения.

18. Микробиологическая и биохимическая основа биотехнологий производства глюконовой кислоты. Способы получения. Области применения.

19. Химико-энзиматический способ получения аминокислот. Получение оптических изомеров аминокислот путем использования ацилаз микроорганизмов. Преимущества и недостатки способа.

20. Микробиологический способ получения аминокислот. Преимущества и недостатки. Пути интенсификации процесса путем оптимизации условий культивирования.

21. Микробиологический синтез витаминов и конструирование штаммов-продуцентов методами генетической инженерии.

22. Возможности использования микроорганизмов для промышленного получения витамина В12.

23. Производство витамина В2 методами биотехнологии.

24. Использование микроорганизмов в производстве витаминов В3, РР.

25. Применение биотехнологических процедур в производстве витамина Д.

26. Каротиноиды и их классификация. Схема биосинтеза. Среды для микроорганизмов-продуцентов и регуляция биосинтеза. Стимуляторы каротинообразования. -Каротин. Образование из -каротина витамина А.

27. Убихиноны (коферменты Q). Источник получения: дрожжи и другие источники. Интенсификация биосинтеза.

28. Производство β-каротина и убихинонов.

29. Особенности и преимущества использования микробной биотрансформации для получения стероидных гормонов.

30. Микробиологические способы получения ферментов. Технологические стадии.

31. Иммобилизованные биообъекты. Иммобилизованные ферменты, их преимущества. Сферы применения иммобилизованных ферментов.

32. Перспективы и экономическая целесообразность употребления микроорганизмов в технологии производства пищевого и кормового белка.

33. Использование спиртов и водорода для получения белка.

34. Использование одноклеточных водорослей для получения белка.

35. Биометаногенез, стадии и микроорганизмы, его осуществляющие.

36. Способы производства биогаза.

37. Производство этилового спирта. Методы получения и условия производства.

38. Производство углеводородов с помощью микроскопических водорослей.

39. Биологическое получение водорода.

40. Биотопливные элементы и биоэлектрокатализ.

41. Опишите биологические объекты, используемые в биотехнологии. Перечислите функции биообъектов.

42. Приведите примеры использования гибридизации для улучшения технологических свойств хлебопекарных, пивных и винных дрожжей.

43. Опишите процесс получения протопластов у прокариот, его стадии. Охарактеризуйте преимущества метода слияния протопластов перед другими селекционными приемами.

44. Установите последовательность стадий технологического процесса получения витамина В 12 и составьте схему. Сушка кормового концентрата; фасовка; упаковка; концентрирование бражки; метановое брожение; стабилизация метановой бражки. Опишите стадию метанового брожения.

45. Охарактеризуйте методы хранения промышленных культур микроорганизмов. Какие из этих методов требуют наличия специального оборудования? Что это за оборудование и каков принцип его работы?

46. Обсудите преимущества и перспективы микробиологического способа получения ферментов. Перечислите области применения микробных ферментов.

47. Назовите области применения ферментов в медицине. Какие препараты, и из каких ферментов, полученных микробиологическим способом, применяются в медицинской энзимологии? Какие микроорганизмы являются продуцентами этих ферментов?

48. Одним из основных показателей, обеспечивающим экономическую эффективность процесса ферментации, является скорость роста продуцента. Кроме того, строят кривую роста и определяют фазы его развития. На основании характера роста продуцента делается вывод о времени остановки ферментации. Как определить скорость роста и построить кривую роста?

49. Какие виды иммобилизации биообъектов применяются на практике? Каковы их достоинства? Прокомментируйте ответ.

50. Опишите технологию получения яблочного уксуса в лабораторных или домашних условиях.

51. Составьте схему или таблицу, отражающую биотехнологии получения кормового белка на углеводах. В ней должны быть отражены: 1) микроорганизмы; 2) виды сырья; 3) области использования такого белка.

52. Составьте схему или таблицу, отражающую биотехнологии получения кормового белка на жидких и газообразных углеводородах. В ней должны быть отражены: 1) микроорганизмы; 2) виды сырья; 3) аппаратурное обеспечение.

53. Дайте характеристику микроорганизмов-возбудителей молочнокислого и пропионовокислого брожения. Укажите биотехнологические продукты и области их применения.

54. В питательную среду для культивирования дрожжей надо добавить 6% глюкозы. Какой объем стерильного раствора глюкозы надо внести в сосуд с 250 мл питательной среды, если концентрация глюкозы в растворе 50%; 20%; 10%.

55. Для приготовления питательной среды, которая носит название «Трехсахарный агар» растворы сахаров вносятся уже после стерилизации среды, чтобы не произошло их карамелизации. Концентрация каждого из сахаров в готовой питательной среде должна быть 2%. Какой объем стерильного раствора 30% глюкозы, 15% сахарозы и 20% лактозы надо добавить в питательную среду для достижения указанной концентрации? Объем среды в колбе – 500 мл.

56. Как известно, при использовании клеточной инженерии при создании новых продуцентов широко применяют методику протопластирования (получения протопластов) как процесса конструкции гибридных структур. В плане решения задачи получения новых продуцентов как источников новых лекарственных средств предложите: 1) схему получения протопластов и гибридных структур; 2) условия сохранения протопластов; 3) конечные цели, достигаемые с помощью продуктов гибридной природы.

57. Среди воздействий, оказывающих мутагенный эффект на штамм продуцента, могут быть: Рентгеновское излучение; Уф-лучи; обработка химическими соединениями.

Напишите на примере повышения продуктивности продуцента пенициллина, какие мутагены были применены при получении мутантного клона этого продуцента.

58. Как известно, производство витамина В12 (кобаламин) является чисто биотехнологическим способом его получения, когда в качестве продуцента данного витамина используют пропионовые бактерии из рода Propionibacterium, выращиваемые на богатой среде в определенных условиях ферментации с обязательным добавлением предшественника витамина В12 - 5, 6-диметилбензимидазола.

В этой ситуации:1)сделайте оптимальный выбор метода ферментации и условий ее проведения; 2) докажите необходимость добавления 5, 6-диметилбензимидазола; 3) предложите методы выделения и очистки данного витамина, учитывая место его накопления.

59. С помощью биотехнологии сегодня можно получать в необходимых количествах такие витамины гурппы В, как В2, В3 и В12.

Проведите сравнительный анализ получения вышеуказанных витаминов с помощью биотехнологии, принимая во внимание: 1) биообъекты, которые используют в каждом конкретном случае; 2) получение суперпродуцентов рибофлавина и витамина В12; 3) преимущества биотехнологического производства витаминов.

60. Проведите сравнительный анализ получения витамина С с помощью биотехнологии, принимая во внимание: 1) биообъекты, которые используют в каждом конкретном случае; 2) преимущества биотехнологического производства витаминов.



61. В промышленном производстве белково-витаминного концен­трата при выращивании на грибах Candida maltosa разработана техно­логия получения убихинона-9 с одним из известных вам витаминов.
Выберите название этого витамина из нижеприведенных:рибофлавин; эргостерин; аскорбиновая кислота; β -каротин.

Напишите: 1) что представляют собой убихиноны с химической точки зрения; 2) какую роль играют убихиноны в организме человека3) направления использования микробной биомассы для их получения.

62. Известно, что с момента установления структуры основных стероидных гормонов в качестве метода получения лекарственных препаратов этих соединений стали применять биотрансформацию.

Проанализируйте:1) достоинства и недостатки сырья, используемого при получении гормональных стероидных препаратов; 2) возможности использования биотрансформации при получении наиболее ценных гормональных препаратов.

63. Проанализируйте возможность биоконверсии (биотрансформация, био­катализ) на примере получения гормональных препаратов гидрокортизона и преднизолона с выбором: 1) источников сырья для производства лекарственных средств стероидной структуры; основных реакций биотрансформации; 2) технологических параметров ферментационного процесса. Прокомментируйте явление сочетания высокого выхода целевого продукта по субстрату в процентном отношении и низкой произво­дительности ферментации.

64. Каким образом осуществляется выбор продуцента фермента? Обсудите направления биотехнологических разработок, направленных на создание высокопродуктивных штаммов.

65. Дайте характеристику микроорганизмов-возбудителей ацетоно-бутилового брожения. Укажите биотехнологические продукты и области их применения.

66. Каким образом производится подготовка посевного материала и его масштабирование специалистом-биотехнологом? Какие технологичесекие операции осуществляются на предферментационной стадии? Назовите и охарактеризуйте.

67. Составьте схему технологии получения ацетона и бутанола. Дайте характеристику микробов-возбудителей процесса.

68. В определенных случаях активность ферментов в клетке регу­лируется по принципу обратной связи (ретроингибирование), что
соответственно влияет на интенсивность процесса биосинтеза.

Приведите пример влияния ретроингибирования на выход целе­вого продукта в биосинтезе лекарственных средств.

69. Природные микроорганизмы обладают механизмами регуляции биосинтеза по принципу обратной связи (ретроингибирование). На первом уровне сама аминокислота, в случае ее избытка, ингибирует один из ферментов собственного синтеза. На втором уровне подавляется весь комплекс ферментов, если концентрация аминокислоты остается в избытке.

Укажите, какой из механизмов должен быть нарушен при созда­нии микроорганизмов-продуцентов аминокислот с целью увеличе­ния выхода целевого продукта:1) только на первом уровне; 2) только на втором уровне; 3) на обоих уровнях. Приведите пример.

70. Несмотря на то, что в основе современной инженерной энзимологии лежит применение ферментов и ферментных систем, технологи­ческое использование ферментов имеет вполне конкретные ограни­чения: лабильность ферментов, дороговизна и большая трудоемкость при их очистке, однократность их использования, в ряде случаев наличие коферментов.

Проанализируйте ситуацию с обоснованием: 1) путей преодоления этих ограничений; 2) сопоставления функции биообъекта с технологической опера­цией; 3) понятия «система, открытая для усложнения».

71. Укажите функциональные особенности витаминов в отличие
от других незаменимых факторов питания (жирных кислот, амино­
кислот и др.). Каковы основные источники витаминов в биотехнологическом производстве? Допишите фразу: Микроорганизмы, используемые в биотехнологии витаминов, это:

72. Составьте схему, отражающие области использования дрожжей в биотехнологии микроорганизмов.

73. Перечислите требования, предъявляемые к производственным штаммам. Что подразумевается под таким термином, как «Технологичность штаммов»? Дайте развернутый ответ.

74. Опишите технологию получения белка одноклеточных организмов.

75. Назовите технологические проблемы практического использования микробной трансформации стероидных гормонов. Предложите способы повышения эффективности этого процесса.

76. Уксуснокислые бактерии. Характеристика, особенности, значение в биотехнологии.



77. Биотехнологическое производство аскорбиновой кислоты (витамина С). Различные схемы биосинтеза в промышленных условиях. Оптимизация способа получения витамина С при помощи микроорганизмов.

78. Приведите информацию о продуцентах и направлениях использования микробных ферментов. Опишите способы повышения активности микробных штаммов-продуцентов ферментов.

79. Назовите направления использования микроорганизмов для получения водородного топлива.

80. При твердофазном культивировнаии микомицета необходимо приготовить питательную среду 60% влажности. Рассчитайте количество воды, необходимое для увлажнения среды, если известно, что масса сухой навески 0,5 г, масса сухого конверта 0,1 г, исходная влажность 8%.



1. Характеристика основных стадий микробного биотехнологического производства.

Существует 5 стадий биотехнологического производства. Две начальные стадии включают подготовку сырья и биологически действующего начала. В процессах инженерной энзимологии они обычно состоят из приготовления раствора субстрата с заданными свойствами (рН, температура, концентрация) и подготовки партии ферментного препарата данного типа, ферментного или иммобилизованного. При осуществлении микробиологического синтеза необходимы стадии приготовления питательной среды и поддержания чистой культуры, которая могла бы постоянно или по мере необходимости использоваться в процессе. Поддержание чистой культуры штамма-продуцента - главная задача любого микробиологического производства, поскольку высокоактивный, не претерпевший нежелательных изменений штамм может служить гарантией получения целевого продукта с заданными свойствами.

Третья стадия - стадия ферментации, на которой происходит образование целевого продукта. На этой стадии идет микробиологическое превращение компонентов питательной среды сначала в биомассу, затем, если это необходимо, в целевой метаболит.

На четвертом этапе из культуральной жидкости выделяют и очищают целевые продукты. Для промышленных микробиологических процессов характерно, как правило, образование очень разбавленных растворов и суспензий, содержащих, помимо целевого, большое количество других веществ. При этом приходится разделять смеси веществ очень близкой природы, находящихся в растворе в сравнимых концентрациях, весьма лабильных, легко подвергающихся термической деструкции. Заключительная стадия биотехнологического производства - приготовление товарных форм продуктов. Общим свойством большинства продуктов микробиологического синтеза является их недостаточная стойкость к хранению, поскольку они склонны к разложению и в таком виде представляют прекрасную среду для развития посторонней микрофлоры. Это заставляет технологов принимать специальные меры для повышения сохранности препаратов промышленной биотехнологии. Кроме того, препараты для медицинских целей требуют специальных решений на стадии расфасовки и укупорки, так должны быть стерильными. Далее приводится характеристики каждой из стадий промышленного микробиологического синтеза.


2. Совершенствование биообъектов методами мутагенеза. Механизмы, обеспечивающие возможность повышения выхода целевого продукта у мутантов. Преимущества и недостатки спонтанного и индуцированного мутагенеза в селекции продуцентов.

Повышение продуктивности микроорганизма как продуцента сводится к селекции и мутагенезу. Совершенствование биообъекта–это получение биообъектов–продуцентов с мутациями в геноме, которые отличаются от исходного биообъекта в сторону улучшения биотехнологических свойств, в частности, в сторону увеличения образования целевого продукта. Селекция–это целенаправленный отбор мутантов, то есть организмов, наследственность которых перенесла скачкообразные изменения. Генеральным путем селекции является процесс перехода от отбора продуцентов к осознанному конструированию их геномов. На каждом этапе проводится отбор из всей популяции микроорганизмов наиболее эффективных клонов (к примеру, таким способом были отобраны штаммы пекарских, пивных, винных, пропионовокислых, уксуснокислых и многих других бактерий, а также прочих микроорганизмов). Такой отбор именуется ступенчатым. Спонтанные изменения генетической природы организма- продуцента основаны на процессах рекомбинации генетического материала in vivo (амплификация, конъюгация, трансдукция, трансформация и пр.). Основным недостатком основанного на спонтанных мутациях метода селекции является низкая частота мутаций, значительно затрудняющая интенсификацию процесса. Так, для возникновения мутации ген в среднем должен удвоиться около 10^6-10^8 раз, то есть изменения в структуре ДНК происходят достаточно редко. Многократно ускорить процесс селекции можно при помощи индуцированного мутагенеза – резкого увеличения скорости мутаций определенного биообъекта путем искусственного повреждения генома. Наиболее эффективными и часто применяемыми мутагенами являются алкилирующие агенты и азотистая кислота, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение, а также определенные химические соединения, способные вызывать изменения в первичной структуре ДНК. Однако метод селекции, основанный на индуцированном мутагенезе, равно как и последующий ступенчатый отбор являются достаточно трудоемкими процессами. Кроме того к недостаткам такого метода можно причислить невозможность получения данных о характере мутаций.



3. Клеточная инженерия в селекции биообъектов. Направления использования метода слияния протопластов в селекции производственно ценных штаммов микроорганизмов.

В течение многих лет мутагенез и селекция успешно применялись и будут широко применяться при совершенствовании биообъектов в дальнейшем.

Постепенно были выявлены существенные ограничения в достижении ставящихся биотехнологами целей. Главный путь снятия таких ограничений связан с применением методов генетической инженерии, определенные перспективы имеет и клеточная инженерия — «насильственный» обмен участками хромосом у прокариот или участками и даже целыми хромосомами у эукариот. В результате создаются неприродные биообъекты, среди которых могут быть отобраны продуценты новых веществ или организмы с ценными в практическом отношении свойствами.
Перспективы клеточной инженерии заключаются в том, что с ее помощью возможно получение межвидовых и межродовых гибридных культур микроорганизмов, а также гибридных клеток между отдаленными в эволюционном отношении многоклеточными организмами.

Для обмена фрагментами хромосомы у прокариот необходимо предварительно получить из их клеток лишенные клеточной стенки протопласты; затем осуществить слияние протопластов с образованием диплоидов; полученные диплоиды инкубировать в течение нескольких часов для «ломки» и воссоединения кольцевых хромосомных нитей в разных вариантах. Затем суспензию протопластов высевают на твердую питательную среду, при этом часть диплоидов превращается в гаплоиды — способные к размножению клетки, которые образуют соответственно колонии. Их изучают и отбирают культуры, приобретающие новые качества, представляющие интерес для биотехнолога.


Первый этап работы связан с удалением у микроорганизмов клеточной стенки. У прокариот — эубактерий и актиномицетов — многоклеточных бактерий клеточная стенка состоит из жесткого полимера пептидогликана, поддерживающего форму клетки и обеспечивающего защиту цитоплазматической мембраны от перепада осмотического давления между внешней средой и цитоплазмой.

Пептидогликан может быть расщеплен с помощью ферментов (гидролаз пептидогликана), из которых самым известным является лизоцим, расщепляющий полисахаридные нити пептидогликана. Источником лизоцима как лабораторного реагента является белок куриного яйца.

Ферментативная деградация клеточной стенки в обычных условиях культивирования бактерий сразу же ведет к их лизису из-за разницы в осмотическом давлении. При этом ни цитоплазматическая, ни внешняя (у грамотрицательных бактерий) мембраны не выдерживают целостности. Этим давно известным явлением объясняется, например, литический эффект пенициллина, который, подавляя синтез пептидогликана, нарушает баланс между действием его синтетаз и гидролаз.

Слиянием протопластов двух штаммов Streptomyces был сконструирован новый высокоэффективный штамм-продуцент рифампицина С: мутанты Nocardia mediterranei, в которых не синтезировался рифампицин, после слияния сформировали штаммы, продуцирующие три новых рифампицина. Слияние протопластов позволяет объединять генетические материалы и таких микроорганизмов, которые в естественных условиях не скрещиваются.



4. Основные источники эмиссии биотехнологических производств.

Несмотря на большое разнообразие технологических схем, все они включают ряд общих стадий. К ним относятся:

• подготовка посевного материала (инокулята);

• приготовление питательной среды для культивирования биообъекта;

• основная стадия - культивирование (выращивание) биообъекта;

• получение целевого продукта. Культивирование биообъекта осуществляется разными способами:

• глубинное - периодическое или непрерывное культивирование; в аэробных или анаэробных условиях;

• гетерофазное;

• поверхностное культивирование;

• культивирование биообъекта в иммобилизованном виде. Для активного роста микроорганизмов в питательную среду вводят биогенные элементы: углерод, азот и фосфор, а также макро-и микроэлементы. В качестве источника углерода в промышленных условиях (помимо глюкозы, сахарозы, лактозы и др.), исп-ся сложные орган. субстраты - отходы пищ. пром-ти, с/х и др. видов пром-ти. Такими орган. субстратами могут быть: гидролизаты мясных продуктов, мука, крахмал, меласса, молочная сыворотка, мясо-костная мука, рыбная мука, гидролизаты соломы, подсолнечной лузги, гидролизаты древесины, торфа, а также пром. виды сырья, такие как н-парафины, природный газ, метанол, этанол и др. Некоторые ауксотрофные мутанты нуждаются в особых факторах роста, которые они сами синтезировать не могут: отдельные а/к, витамины и др. В качестве факторов роста часто исп-ют автолизаты и гидролизаты дрожжей. Для активного роста микроор-ов поддерживают на определенном уровне t, рН среды, конц-ию источников питания, уровень аэрации и др. В зависимости от целей производства технологические стадии получения целевого продукта могут существенно различаться. Полученная суспензия живых клеток может использоваться в качестве готового продукта - вакцины, закваски, пробиотических препаратов, препаратов для биоремедиации загрязненных сред и др. При получении кормовых продуктов и БАД сгущенная клеточная суспензия термически обрабат-ся для инактивации клеток и далее сушится на сушильных установках. В технологических процессах, целевым продуктом которых яв-ся биомасса или продукты ее переработки, культуральная жидкость либо возвр-ся на стадию выращивания, либо направляется на биолог-ую очистку сточных вод. В технологиях, целевым продуктом которых являются водораств-ые продукты метаболизма, культуральная жидкость или продукты ее переработки направляются на последующие стадии. На основных технол-их стадиях бт-их производств может происходить поступление в окр. среду «биологического фактора», основными источниками которого яв-ся:

• аэрозоль газовоздушных выбросов от ферментационного оборудования стадий отделения и сгущения биомассы, содержащий живые клетки;

• аэрозоль от сушильных установок, содержащий инактивированные клетки;

• аэрозоль на стадиях выделения из культуральной жидкости экзометаболитов;

• продукты биосинтеза организмов на стадиях их выделения из биомассы;

• сточные воды производств, содержащие живые, инактивированные клетки и продукты их метаболизма.



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница