biotechnologia2.doc

Zagadnienia na zaliczenie z przedmiotu „Biotechnologia” dla wieczorków

1.       Przedstaw definicje związane z żywnością modyfikowana genetycznie.

Żywność Modyfikowana Genetycznie - Jest to żywność wyprodukowana z roślin lub zwierząt lub za ich pomocą, które zostały wcześniej ulepszone za pomocą technik inżynierii genetycznej. Są to artykuły spożywcze zawierające produkty modyfikacji genetycznej:

– żywność będąca GMO (np. świeże pomidory i ziemniaki),

– żywność zawierająca przetworzone GMO (np. koncentraty zup z pomidorów, frytki mrożone,  np. czekolada zawierająca lecytynę z transgenicznej soi),

– żywność produkowana z zastosowaniem GMO (np. chleb pieczony z wykorzystaniem transgenicznych drożdży, piwo i inne produkty fermentacji alkoholowej produkowane z zastosowaniem drożdży transgenicznych),

– produkty żywnościowe pochodne GMO, lecz nie zawierające żadnych

komponentów „ transgenicznych” (np. olej rzepakowy otrzymywany z

transgenicznego rzepaku, cukier z transgenicznych buraków).

(Rozporządzenie (WE) 1829/2003 Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 22 września 2003 roku w sprawie genetycznie zmodyfikowanej żywności i środków żywienia zwierząt).

W pracach genetycznych prowadzonych w celu uzyskania żywności transgenicznej dominują
4 kierunki:

1. Wzbogacenie żywności w składniki podnoszące jej wartość żywieniową
2. Usuwanie substancji szkodliwych i niepożądanych
3. Ułatwianie procesów przetwórczych i kształtowanie właściwości sensorycznych

4. Kształtowanie cech funkcjonalnych żywności pod katem korzystnego wpływu na zdrowie człowieka

Organizmy transgeniczne (GMO) definiuje się w Polsce następująco:
Organizm genetycznie zmodyfikowany (GMO) organizm, w którym materiał genetyczny został zmieniony w sposób niezachodzący w warunkach naturalnych wskutek krzyżowania lub naturalnej rekombinacji, w szczególności przy zastosowaniu:

a) technik rekombinacji DNA z użyciem wektorów

b) technik stosujących bezpośrednie włączenie materiału dziedzicznego przygotowanego poza organizmem,

c) metod niewystępujących w przyrodzie dla połączenia materiału genetycznego co najmniej dwóch różnych komórek, gdzie w wyniku zastosowanej procedury powstaje nowa komórka zdolna do przekazywania swego materiału genetycznego odmiennego od materiału wyjściowego komórkom potomnym.

Pojęcie GM żywności można z kolei zdefiniować posługując się określeniami:

1)żywności i rolnictwa molekularnego albo

2)żywności oraz produktu genetycznie zmodyfikowanego.

Stąd żywnością (lub paszą) transgeniczną, żywnością genetycznie zmodyfikowaną lub GM żywnością ,można nazwać każdą żywność (paszę) wytworzoną z surowców pochodzących z rolnictwa molekularnego.

Rolnictwem molekularnym (ang. molecular farming) nazywa się uprawę genetycznie modyfikowanych roślin i hodowlę genetycznie modyfikowanych zwierząt w celu uzyskania na skalę przemysłową produktów organizmów genetycznie modyfikowanych (Hałat, 2007, s. 1).

GM żywność stanowi rodzaj tzw. produktów genetycznie zmodyfikowanych.

Produkt genetycznie zmodyfikowany produkt składający się z GMO
lub ich kombinacji, zawierający DNA lub białka z GMO (Ustawa, 2001a).

GM żywność (żywność genetycznie zmodyfikowana) to produkt przetworzony, częściowo przetworzony lub nieprzetworzony, składający się z GMO lub ich kombinacji, zawierający DNA lub białka z GMO, przeznaczony do spożycia przez ludzi.

2.       Scharakteryzuj metody bezwektorowe otrzymywania organizmów roślinnych modyfikowanych genetycznie. Metody bezwektorowe - 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.

·         Transformacja protoplastów ( kom. Roślinne pozbawione ściany kom., zachowujące jednak swą żywotność)

*Elektroporacja- chwilowa dezintegracja błony komórkowej za pomocą pola elektrycznego podczas inkubacji kom. Z egzogennym DNA

Elektroporacja - polega na wykorzystaniu serii impulsów elektrycznych, które naruszają strukturę błony, powodując powstanie w niej porów, przez które DNA może przeniknąć do wnętrza komórki.

Podejście to może być stosowane też  przy wprowadzaniu genów do innych komórek

- zwierzęcych,

- bakteryjnych.

*Tansformacja indukowana chemicznie

-idea metody jest taka jak w elektroporacji, ale chwilowa dezorganizacja błony kom. następuje pod wpływem środków chemicznych.

Najczęściej stosowany jest PEG- glikol polietylenowy

Metoda chemiczna - polega na wykorzystaniu glikolu polietylenowego (PEG od ang. polyethylene glycol), który powoduje zwiększenie przepuszczalności błony komórkowej, poprzez prowadzenie do jej chwilowej, odwracalnej dezorganizacji. To pozwala na wnikniecie transgenu do komórek, wraz z DNA nośnikowym.

·         Mikrowstrzeliwanie-wykorzystuje mikroskopijne kulki ze złota lub wolframu o średnicy 0,5 - 5 mikrometra(0,0000005-0,000005 metra).

Fragmenty DNA które chcemy wprowadzić do komórek są opłaszczane na tych kulkach, a następnie wstrzeliwane do jąder komórek tkanki roślinnej z użyciem tzw. "armatki genowej" (ang. particle gun, gaz pod dużym ciśnieniem).  Wadą metody jest niska wydajność oraz mogące wystąpić uszkodzenia komórek. Zaletą jest to iż komórki nie muszą być pozbawiane ściany komórkowej, można wprowadzać np. do fragmentu liścia, DNA jak i do chloroplastów i mitochondriów.

Technikę tę nazwano biolistyką i stosuje się ją zwłaszcza przy wprowadzaniu nowych genów do roślin jednoliściennych /zboża/.

·         Lipofekcja- opłaszczenie egzogennego DNA lipidami, które spontanicznie wnikają przez błonę komórkową do cytoplazmy.

1.       Inaczej Fuzja liposomów - tworzone są liposomy, wewnątrz których są cząsteczki DNA. Tworzy się je poprzez utworzenie podwójnej błony lipidowej w roztworze z cząsteczkami DNA i wstrząsaniu – powstają wtedy "kuleczki“ błonowe z DNA w środku. Liposomy łączą się z protoplastami komórek wprowadzając do środka DNA.

·         Mikroiniekcja- wprowadzanie fragmentów DNA za pomocą mikropipety; metoda czasochłonna, ale większa wydajność

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

Poprawa cech jakościowych oraz użytkowych roślin.

•              Są to m.in. modyfikacje powodujące opóźnienie dojrzewania, (zwiększenie trwałości).

Modyfikacja taka uniemożliwiała powstanie enzymów rozkładających ścianę komórkową, przez co warzywa i owoce dłużej pozostają świeże, co ma duże znaczenie głównie w transporcie. Pomidor z tą modyfikacją był pierwszym GMO wprowadzonym do sprzedaży.

•              Zwiększenie zawartości suchej masy poprzez wzrost syntezy skrobi – to poprawia cechy mąki uzyskiwanej z ziaren pszenicy, stworzenie transgenicznego ryżu (z genami żonkila), który charakteryzuje się zwiększoną produkcją beta-karotenu, prekursora witaminy A.

•              Wprowadzenie genów odpowiedzialnych za:

- produkcję białek odżywczych,

- większą zawartość mikroelementów,

- nadanie lepszego smaku i intensywniejszego aromatu.

•              Usuwanie substancji alergizujących

•              Modyfikacje roślin ozdobnych, które dzięki temu mają intensywniejszą barwę (nadprodukcja karotenoidów), zmiana tekstury zabarwienia - nowe kolory, lepszy zapach.

4.       Przedstaw metody transgenizacji ssaków.

Do zasadniczych metod tworzenia zwierząt transgenicznych zalicza się:

1.  mikroiniekcję DNA do przedjądrza zygoty,

2.  modyfikację komórek zarodkowych (ES),

3.  transfer wirusowy,

4.  klonowanie somatyczne,

5.  włączanie i wyłączanie genów.

5.       Omów modyfikacje genetyczne zwierząt.

*modyfikacje zwierząt mają na celu głównie:

-uzyskanie zwierząt o pożądanych cechach w hodowli(szybciej rosnące świnie, ryby)

-zastosowanie tych organizmów w hodowli białek, enzymów, innych substancji wykorzystywanych w przemyśle farmaceutycznym(jako bioreaktory)

*modyfikacje zwierząt nie są tak popularne jak roślin, głównie ze względu na trudności w samym procesie modyfikacji, proces jest bardzo skomplikowany i trwa długo, koszty są bardzo duże.

*zwierzęta modyfikowane genetycznie często chorują, czy są bezpłodne

Wykorzystanie praktyczne

a)      Zmiany jakościowe produktów zwierzęcych, w tym:

-wydajności i jakości mleka

-przyrost tuszy i polepszenie jakości mięsa

-przyrost i jakość wełny

b) zmiany w odporności zwierząt na choroby i pasożyty

c) polepszenie trawienia i metabolizmu

d) szybsze lub kontrolowane rozmnażanie

e) wykorzystanie zwierząt do celów biomedycznych:

-uzyskiwanie białek o znaczeniu farmaceutycznym

-ksenotransplantacja organów

Mówiąc o praktycznym wykorzystaniu transgenicznych mamy na myśli:

a)zmiany jakościowe produktów zwierzęcych, w tym:

wydajność i jakość mleka, a co za tym idzie poprawę właściwości produktów nabiałowych (zmiana skłądu białek mleka umożliwiająca bardziej wydajną produkcję mleka poprzez wprowadzenie dodatkowych kopii genów kodujących proteiny: beta i kappa-kazeinę. Kazeina jest składnikiem twarogów i białych serów. Dzięki tej modyfikacji z mleka łatwiej i szybciej uzyskuje się ser).

Przyrost tuszy i polepszenie jakości mięsa (szybszy wzrost masy uzyskano przez wprowadzenie genu hormonu wzrostu).

b)np. Kury odporne sa na wirus ptasiej grypy- prace prowadzone w Chinach; krowy odporne na choroby powodowane przez priony np.BSE –choroba wściekłych krów. "), osiąga się to np. poprzez wprowadzenie genów kontrolujących syntezę białek uczestniczących w reakcjach odpornościowych organizmu (mastitis u bydła, retrovirusy u drobiu, interferon), czy poprzez blokowanie ekspresji istniejących genów;

c) polepszenie trawienia i metabolizmu (lepsze wykorzystanie paszy),

główne kierunki wykorzystywania zwierząt transgenicznych

*ksenotransplantacja

*poprawa cech użytkowych/produkcyjnych

-poprawa charakterystyki wzrostu

-modyfikacja biochemiczna cech zwierząt

-poprawa właściwości białek strukturalnych i sekrecyjnych

*bioreaktory (molekularne farmy)

*modele badawcze (do celów medycznych)

6.       Wymień i opisz źródła węgla w pożywce.

Źródła węgla

Sacharydy. Najpowszechniej jako źródło węgla są stosowane monosacharydy, disacharydy i polisacharydy.

Spośród monosacharydów: ksylozy, glukozy i fruktozy

* najczęściej jest stosowana glukoza, znana również jako cukier gronowy lub dekstroza. Jest to najbardziej rozpowszechniony sacharyd prosty. Glukoza stosowana jako źródło węgla powstaje podczas enzymatycznej lub kwasowej hydrolizy skrobi ziemniaczanej lub kukurydzianej.

Z disacharydów w przemyśle biotechnologicznym są 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 obecnej w słodzie, ekstrakcie słodowym lub brzeczce. W procesach w których melasa stanowi źródło węgla, przygotowuje się ją przez częściowe usunięcie inhibitorów.

Laktoza  Jako źródło węgla w podłożu laktozę stosuje się tylko w nielicznych przypadkach i najczęściej w dużych stężeniach.

Polisacharydy.

*Skrobia

Źródła węgla niesacharydowe

*Alkohole (metanol, etanol, glicerol)

*Kwasy karboksylowe (kwas octowy, kwas, kwas fumarowy lub alfa-ketoglutarowy)

*Tłuszcze

*Węglowodory

*Substraty gazowe.

7.       Scharakteryzuj materiały pomocnicze stosowane w biotechnologii.

Detergenty – są dodawane jako substancje, które emulgują nierozpuszczalne w wodzie składniki odżywcze w pożywce oraz takie substraty jak n-alkany, oleje, surowce zawierające steroidy. Zastosowanie detergentów wpływa na polepszenie wydajności biomasy z n-alkanów, aminokwasów i kwasów organicznych.

Odpieniacze

Powstawanie piany w procesach biotechnologicznych jest zjawiskiem niekorzystnym. Stosowane w biotechnologii odpieniacze mogą być naturalne i syntetyczne. Najczęściej używane odpieniacze naturalne to: olej słonecznikowy, kwas olejowy, olej z wielorybów (tran). Najlepsze odpieniacze syntetyczne to: silikony, polipropyleny i produkty uboczne otrzymywane w syntezie kwasów tłuszczowych (soap stocks

Substancje stałe takie jak śruta rzepakowa, otręby pszenne, słoma, sieczka, wytłoki jabłkowe, często zroszone serwatką lub melasą mogą stanowić podłoże do rozwoju grzybów mikroskopowych, tkóre wykorzystując składniki (głównie węglowodany) 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. Uzyskana biomasa jest po dezintegracji źródłem enzymów, np. amylolitycznych lub cytolitycznych. Również grzyby jadalne, np. Agaricus bisporus (pieczarka), hoduje się na podłożach zawierających stałe odpady przemysłu rolno-spożywczego, takie jak łęty ziemniaczane, wysłodki buraczane lub wycierka ziemniaczana. Innym przykładem jest stosowanie suszonego rozdrobnionego chleba razowego jako podłoża w namnażaniu czystej kultury grzybów pleśniowych, np. Penicilliom roqueforti.

Antyseptyki (środki bakteriobójcze ) i antybiotyki

Dodatek do pożywki chemicznych środków bakteriobójczych jest rzadko stosowany. W handlu znajdują się również środki zawierające antybiotyki polecane przez dystrybutorów do stosowania w przemyśle spirytusowym w celu wyeliminowania ewentualnego niebezpieczeństwa zakażenia zacierów fermentacyjnych. Zastosowanie antybiotyków w biotechnologii żywności powinno być poparte wszechstronną wiedzą na temat zagrożeń, jakie niesie ze sobą st...