Pytania biotechnologia:
1. Przedstaw definicje związane z żywnością modyfikowaną genetycznie.
Zdecydowana większość odmian transgenicznych wprowadzonych do uprawy zawiera w genomie jeden trans gen. Tylko nieliczne odmiany mają dwa transgeny np. ziemniak tolerancyjny na herbicyd i odporny na stonkę ziemniaczaną lub kukurydza tolerancyjna na herbicyd i odporna na omacnice prosowiankę. Zapowiadane są odmiany poczwórnie transgeniczne.
Ogólnie odmiany transgeniczne można podzielić na dwie grupy w zależności od
2. ?
3. Przedstaw modyfikacje genetyczne surowców roślinnych wpływających na jakość żywności i ułatwiających przetwórstwo
Zmodyfikowana została większość roślin mających znaczenie dla człowieka.
Cele modyfikacji:
· Odporność na herbicydy – chemiczne środki ochrony roślin (soja, rzepak)
· Odporność na szkodniki – modyfikacja Bt (kukurydza, bawełna)
· Odporność na niekorzystne warunki środowiska (zasolenie gleby, mróz, susza, metale ciężkie)
· Poprawa lub nadanie nowych cech jakościowych (pomidor Flavr Savr, „Golden Rice”, szczepionki w warzywach)
(moje cudne ciekawostki : 1994 – pierwszy „zmodyfikowany genetycznie” produkt spożywczy na rynku – pomidor FlavrSavr „z wyłączonym” genem odpowiedzialnym za gnicie)
4. Przedstaw metody transgenizacji ssaków.
Metoda mikroiniekcji
W metodzie tej DNA wprowadza się bezpośrednio do jądra zapłodnionej komórki jajowej, dokonując stosownych operacji pod mikroskopem. Chociaż technicznie trudna metoda ta jest obecnie najpowszechniej stosowana do uzyskiwania zwierząt transgenicznych
Przeniesienie genu przy użyciu komórek ES
Komórki linii zarodkowej.
Komórki z blastocysty (wczesny etap rozwoju zarodkowego) można pobrać i hodować w kulturze komórkowej. Nazywamy je komórkami linii zarodkowej (ES – ang embryonic stem) Mają one zdolność do różnicowania się we wszystkie inne typy komórek. Komórki ES można zmienić genetycznie w laboratorium, a następnie wszczepić do blastocysty i implantować do macicy
Zwierzęta transgeniczne pozwalają prowadzić obserwacje naukowe dotyczące zachowania się transgenu, można je również wykorzystać do produkcji zrekombinowanych białek. Ogólnie można powiedzieć, że uzyskanie zwierząt transgenicznych znalazło trzy zastosowania
- Badanie funkcji genu
- Systemy modelowe do obserwacji ludzkich chorób (choroba Alzheimera, artretyzm)
- Produkcja zrekombinowanych białek (białko krzepliwości krwi – czynnik IX, białko plazmy, α1- antytrypsyna
Metoda PCR (Polymerase Chain Reaction)
Niezwykle użyteczna w rekombinacji genetycznej in vitro jest opracowana w połowie lat osiemdziesiątych metoda PCR, tj reakcja łańcuchowa polimerazy umożliwiająca selektywną amplifikację in vitro poszczególnych fragmentów DNA (bez jego klonowania), imitująca zjawisko replikacji in vivo. Do przeprowadzenia tej reakcji są potrzebne minimalne ilości (50ng) wzorcowego jednoniciowego DNA, dwa startery (ang printers) jako sondy, tj. syntetyczne oligodeoksynukleotydowe sekwencje długości ok. 20 nukleotydów, komplementarne do znanych sekwencji końcowych wzorcowego matrycowego DNA (zwykle długości do 1kb, kilobase), ponadto deoksynukleinowe trifosforany (dNTPs) oraz polimeraza DNA. Całość ww. materiału jest zawieszona w buforze zawierającym Mg2+, jednowartościowe kationy i pewne substancje stabilizujące enzymy.
Reakcja łańcuchowa polimerazy np. Taq polega na przeprowadzeniu wielu cykli 20-30 rund w ciągu 2-3h przy czym jeden cykl trwa od kilkudziesięciu sekund do kilkunastu minut, w zależności od potrzeby. Proces przebiegu w mieszaninie o objętości nie przekraczającej 50-100μl, w jednej probówce Eppendorfa umieszczonej w bloku zautomatyzowanej i komercyjnie dostępnej aparatury.
Każdy cykl obejmuje trzy etapy:
- Termiczną denaturację (w temperaturze 92-96oC) wzorcowego dsDNA (double-stranded dwuniciowego DNA) do ssDNA (single-stranded, jednoniciowego DNA)
- Przyłączanie starterów (tworzenie wiązań wodorowych) do wzorcowego ssDNA (w temperaturze 40-60oC), czyli renaturację
- Wydłużanie (polimeryzacja) DNA przy końcach 3’-OH w temperaturze 72oC w wyniku sukcesywnego przyłączania dNTPs za pomocą termostabilnej polimerazy DNA.
Startery, dozowane zwykle w nadmiarze w stosunku do powielanego DNA, kierują powtarzającymi się cyklami replikacji DNA, co prowadzi do wykładniczego zwiększania liczby kopii badanej sekwencji DNA, tak że badany DNA zostaje powielony 105.
Polimorfizm fragmentów DNA powstający jest często wykorzystywany do identyfikacji nosicielstwa genu
Po transformacji zrekombinowanym DNA zarówno komórek Procaryota jak i Eucaryota tylko nieliczne wykazują ekspresję sklonowanych genów (jedna na 104-105) oraz ich obecność w stabilnej formie
Jednym z praktycznych sposobów podwyższenia wydajności transformacji jest przygotowanie DNA na odpowiednim poziomie aktywności biologicznej. Innym sposobem poprawy efektywności transformacji jest użycie wirusa S50 jako wektora oraz zastosowanie tzw. co-transformacji, tj transformacji właściwego wektora razem z sekwencją DNA (możliwie jak najdłuższą) sąsiadującą z genem którego ekspresja jest pożądana. Czasami jest wywoływana coekspresja dwóch białek z których jedno jest selektywnym markerem, a drugie właściwym produktem ekspresji pożądanego genu.
Obecnie najczęstszym gospodarzem klonowanych genów są drożdże Saccharomyces cerevisiae, łączące w sobie zalety układów prokariotycznych i eukariotycznych, tzn łatwe i szybkie w hodowli, wydzielające białka do podłoża po glikozylacji i utworzeniu mostków dwusiarczkowych oraz modyfikacji proteolitycznej, replikujące wektory wahadłowe.
Zastosowanie klonowania DNA
Klonowanie genów jest bardzo użyteczną techniką, która odegrała ogromną rolę w biologicznych badaniach dotyczących różnych dziedzin nauk przyrodniczych. Należy do nich
- Identyfikacja genów związanych z procesami chorobowymi. Klonowanie pozwoliło na zidentyfikowanie nieprawidłowych genów powodujących choroby dziedziczne, takie jak hemofilia i dystrofia mięśniowa, a także onkogenów i genów supresorowych, które mają istotny wpływ na rozwój guza. Scharakteryzowanie tych genów przyczyniło się w znacznym stopniu do poznania procesów chorobowych
- Mapowanie genomu. Identyfikacja i charakterystyka klonów zawierających sekwencje sąsiadujących ze sobą regionów w chromosomach jest wykorzystywana do konstruowania map, które pozwalają na ustalenie względnych pozycji genów
- Zrekombinowanie białka. Klonowanie genów wykorzystuje się do produkcji dużych ilości białek stosowanych w medycynie, takich jak insulina aplikowana chorym na cukrzycę lub czynnik VII stosowany w leczeniu hemofilii. Geny kodujące pożądane białka klonuje się w wektorach ekspresyjnych wprowadzonych do organizmu odpowiedniego gospodarza, jak na przykład drożdże, które wytwarzają duże ilości produktów ekspresji wklonowanych genów.
- Genetycznie zmodyfikowane organizmy. Klonowanie może być również wykorzystane do przeniesienia do organizmu obcych genów, co prowadzi do uzyskania roślin i zwierząt o zmodyfikowanych właściwościach.
Metody selekcji nowych organizmów (hybryd)
Nowe metody selekcji opierają się najczęściej na testach identyfikujących genotyp zrekombinowanych mikroorganizmów oraz w szczególnych przypadkach na fenotypowych cechach wektora, reprezentatywnych dla procesów przemysłowych, w których zrekombinowane organizmy są zaangażowane. Wspomniane metody selekcji przedstawiono niżej
- Metody immunologicznego znakowania, np. ang fluorochrome conjugated antibodies
- Metody genetycznego i immunomagnetycznego rozdziału badanych mikroorganizmów
- Amplifikacja specyficznych sekwencji DNA i RNA badanych mikroorganizmów metodą PCR i elektroforetyczna identyfikacja powielonych genów metodą PFGE (Pulse Field Gel Electrophoresis lub PGE – Polyacrylamide Gel Electrophoresis)
- Identyfikacja ekspresyjnych białek metodami elektroforetycznymi, np. 2D(dimensional)-electrophoresis, IEF – isoelectric focusing.
- Identyfikacja białek eksresyjnych metodami chromatografii, np chromatografią jonowymienną, chromatografią sączenia molekularnego, HPLC
- Identyfikacja jonów swoistych dla białek określonych drobnoustrojów za pomocą spektrometrii masowej
1. Wprowadzanie plazmidu do kolonii
2. Część bakterii integruje ze swoim genomem
3. Po namnożeniu identyfikujemy przez posiewy
5. Omów modyfikacje genetyczne zwierząt
Gen wrażliwości na stres HAL
- Zyskał nazwę halotanowego od nazwy anestetyku halo tanu używanego początkowo do jego diagnozowania (Ollivier i WSP 1975, Minkema i WSP 1877, Smith i Bampton 1977)
- Analogicznie określenia genu HAL to MHS – Malignant Hyperthermis Syndrom (Ollivier i wsp 1975); RYR1 – zmutowany (mutacja CàT) w pozycji 1843, na chromosomie 6) gen receptora ryanodiny, będącej jedną z podjednostek struktury kanału wapniowego retikulum sarkoplazmatycznego mięśni szkieletowych (Fuji i wsp 1991)
- HAL – gen autosomalny o charakterze plejotropowym, posiada dwa allele: N – dominujący (normalny) i n – recesywny (zmutowany) odpowiadający za wrażliwość na stres
- Genotypy NN-homozygoty odporne na stres, Nn – heterozygoty nie wykazujące reakcji na stres wywołany anestezją halotanową, nn – homozygoty wrażliwe na stres (penetracja 70-100%)
Gen mięsa kwaśnego RN
- Nazwa RN pochodzi od słów Randement Napole (wydajności „Napole”) – Naveau Pommeret Lechaux – 1985) wykorzystanej jako kryterium selekcji w doskonaleniu jakości mięsa w liniach Laconie (LW-33%, H-33%, Pi-33%) i Penshire (H-50%, D-35%, LW-15%) (Naveau 1986, Naveau i wsp 1985)
- Inna nazwa to HF (Hampshire Factor) zaproponowana przez badaczy niemieckich (Wassmuth i wsp 1991)
- Jest to mutacja Aà G w kodonie 200 chromosomu 15 postaci genu kodującego podjednostkę γ (PRKG3) kinazy białkowej, zależnej od AMP (AMPK), inaktywującej enzym odpowiadający za syntezę glikogenu (syntaza glikogenu) (Milan i wsp 2000)
- Posiada dwa allele: RN+ – dominujący (wywołujący mięso kwaśne) i rn+ - recesywny (normalny)
- Występują 3 genotypy: RN+RN+ (homozygoty dominujące podobne do heterozygot) i RN+rn+ oraz rn+rn+ (homozygoty recesywne o prawidłowych parametrach jakości mięsa).
Gen wpływający na wielkość miotu (ESR). Niektóre chińskie rasy świń charakteryzują się niezwykłą plennością. Badania prowadzone w USA miały na celu wykrycie genetycznego podłoża tej cechy. Wyniki tych badań wskazują, iż zlokalizowany w chromosomie 1 (1p2,5-2,4) locus genu receptora steroidowego hormonu płciowego estrogenu – ESR (ang estrogen receptor gene) może mieć istotny wpływ na wielkość miotul Stwierdzono, że jeden z alleli tego genu, występujący w chińskiej plennej rasie meishan, wykazuje związek z wielkością miotu i może być uważany za gen główny kontrolujący tę cechę. Lochy mające w swym genotypie dwie kopie tego genu dają mioty większe o 1 do 1,4 prosięcia żywo urodzonego w porównaniu z lochami nie mającymi tego genu. Badania molekularne (z zastosowaniem enzymów restrykcyjnych) genu receptora estrogenu, prowdzone u świń innych ras (niemiecka landrace, yorkshire, duroc), pozwoliły na wykrycie dwóch mutacji punktowych (zamiana Aà T w kodonie 1665 i AàG w kodonie 1754
6. wymień i opisz źródła węgla w pożywce
W biochemii naszej planety podstawą jest węgiel. Źródłem energii w życiu organizmów heterotroficznych są związki węglowe. Węgiel stanowi około 50% s.s. bakterii i grzybów. Ilość substancji zawierających węgiel które można wykorzystywać jest ogromna. Wszystkie substancje organiczne syntetyzowane biologicznie ulegają biodegradacji, chociaż ich rozkład jest niekiedy bardzo powolny. Niektóre drobnoustroje np. Pseudomonas sp mogą wykorzystywać ponad 90 substancji organicznych jako źródła węgla i energii. Inne jak np. bakterie metanowe mogą wykorzystywać tylko kilka substancji.;
Sacharydy. Najpowszechniej jako źródło węgla są stosowane monosacharydy, disacharydy i polisacharydy. Ich roczne zużycie jako składnika podłoży fermentacyjnych wynosi 30 mln ton.
Spośród monosacharydów: ksylozy, glukozy i fruktozy najczęściej jest stosowana glukoza, znana również jako cukier gronowy lub dekstroza. Jest to najbardziej rozpowszechniony sacharyd prosty. 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.
W procesach w których melasa stanowi źródło węgla, przygotowuje się ją przez częściowe usunięcie inhibitorów. Do produkcji drożdży i etanolu melasę często tylko neutralizuje się przy pomocy CaCO3. Dla wielu procesów melasa jest gotowana w środowisku kwaśnym lub zasadowym. Po wytrąceniu się osadu oddziela się go od części uwodnionej. Do produkcji kwasu cytrynowego melasę gotuje się z cyjankiem żelazowo-potasowym i fermentuje razem z osadem. Możliwość hamowania fermentacji przez wolny cyjanek żelazowo-potasowy eliminuje się przez dodanie tiosiarczanu (VI) sodu (Na2S2O3), pirosiarczanu (IV) potasu (K2S2O5) lub wodorosiarczanu (IV) sodu (NaHSO3). Melasa buraczana zawiera dużo potasu, a mało fosforu (tabela).
Melasę z trzciny cukrowej stosuje się w przemyśle spirytusowym jako melasę surową lub oczyszczoną. Inny rodzaj melasy trzcinowej to melasa dobrej jakości w formie oczyszczonego koncentratu, częściowo inwertowanego soku cukrowego z trzciny. Nie jest to jednak produkt odpadowy powstający w procesie krystalizacji cukru. Głównie wytwarza się go w Afryce Południowej, na Kubie i w Australii, lecz tylko na specjalne zamówienie.
Sacharoza zbudowana z reszt glukozy i fruktozy, jest najbardziej rozpowszechnionym disacharydem w przyrodzie.
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.
Konsystencja i skład melasy buraczanej zależą od technologii ekstrakcji cukru oraz od jakości zbioru (technologii, klimatu, warunków przechowywania itp.). Przemysł fermentacyjny często stosuje cukier nieoczyszczony lub melasę rafinacyjną. Cukier surowy lub melasa rafinacyjna nie różnią się prawie składem chemicznym, natomiast skład melasy zależy od technologii produkcji cukru.
Oprócz sacharozy melasa zawiera mono- i oligosacharydy, glukozę, fruktozę, sacharozofruktozyl, m-inozytol galaktozy lub oraz składniki niecukrowi, których może być aż 39% s.s. Składniki te mogą być organiczne lub nieorganiczne, bezazotowe lub zawierające azot. Kwas glutaminowy stanowi 40-55% przyswajalnego azotu. Czynniki wzrostowe występują w następujących ilościach:
- Biotyna 17,7-21,8 μg/kg
...
Elesmera