Метаболический потенциал микробов экстремофилов в различных сферах биотехнологии
Зарегистрируйся в два клика и получи неограниченный доступ к материалам,а также
промокод
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
Введение
Биотехнология имеет практически неограниченный потенциал, чтобы улучшить нашу жизнь необычайным образом. Многие химические реакции, могут быть полностью оптимизированы, если выполнять их при экстремальных температурах, давлении, солености, рН и получить эффективные и экономически выгодные результаты. К счастью, есть много организмов, которые процветают в экстремальных условиях. Они найдены в природе, и являются отличным источником замещающих ферментов вместо мезофильных, которые используются в настоящее время. Экстремальные микроорганизмы, также называемые “экстремофилы” - это организмы, процветающие в физически или геохимически экстремальных условиях, которые обычно вредны для большей части жизни на Земле. Таким образом, эти микроорганизмы обитают в средах, характеризующихся значительно экстремальными температурами и/или значениями рН, высокой или низкой ионной силой, высоким давлением или скудной доступностью питательных веществ. Чтобы расти в оптимальных условиях в этих экстремальных экосистемах, они развили молекулярные адаптации, влияющие на физиологию, обмен веществ, клеточную сигнализацию и т.д. Изучение экстремофилов улучшает понимание физико-химических параметров, может дать представление о том, как возникла жизнь на Земле. Актуальность темы курсовой работы не поддается сомнению, ведь благодаря своим особенностям с точки зрения физиологии и метаболизма они стали хорошими моделями для понимания пределов жизни на Земле, изучения возможного существования внеземной жизни (астробиология) и поиска потенциальных применений в биотехнологии. Кроме того, различные виды антропогенной деятельности угрожающе изменяют окружающую среду, способствуя загрязнению и увеличивая заселенность этих экстремальных экосистем. Следовательно, роль экстремальных микробов может быть еще более значительной в ближайшем будущем, поскольку эти экстремальные экосистемы увеличиваются в расширении и распространении. Поэтому необходимо привлечь внимание научного сообщества к сосредоточению усилий на развитии большего объема исследований как на базовом, так и на прикладном уровнях, что позволит лучше понять микробные популяции в экстремальных экосистемах и их роль в развитии биогеохимических циклов. Данная работа проводилась с целью изучения метаболического потенциала микробов экстремофилов в различных сферах биотехнологии. Для достижения поставленной цели были выделены следующие задачи: 1. Изучить имеющуюся научную литературу по метаболическому потенциалу микробов экстремофилов в различных сферах биотехнологии; 2. Рассмотреть классификацию и дать краткую характеристику морфологии экстремофилов; 3. Охарактеризовать применение экстремофилов в биотехнологии и других сферах деятельности человека. Методы исследования: классификация, обобщение, изучение и анализ научной и учебно-методической литературы.
Охарактеризовать применение экстремофилов в биотехнологии и других сферах деятельности человека
Методы исследования: классификация, обобщение, изучение и анализ научной и учебно-методической литературы. 1 Краткий анализ морфологии и видов экстремофилов 1.1 Общая характеристика экстремофилов В 1980-х и 1990-х годах биологи обнаружили, что микро...
Заключение
В ходе написания курсовой работы мы изучили имеющуюся научную литературу по метаболическому потенциалу микробов экстремофилов в различных сферах биотехнологии. Влияние биотехнологии на нашу жизнь неизбежно. Некоторые из этих воздействий широко освещаются, например, процесс производства биотоплива. Однако существует множество других сфер применений, которые не широко известны за пределами специализированных кругов и которые влияют на нашу повседневную жизнь: еда и напитки (например, безлактозное молоко, целлюлазы для производства джинсов, липазы и протеазы для моющих средств), а также лекарства, которые мы принимаем, чтобы оставаться здоровыми - и это лишь несколько примеров. Многие из реакций, выполняемых в процессе производства этих продуктов, часто не оптимизированы, потому что мезофильные ферменты используются при экстремальных температурах, давлении, солености и рН. Эффективность этих ферментов часто повышается путем генетической и/или химической модификации, а также стратегии иммобилизации, все из которых предназначены для получения биокатализаторов с улучшенными свойствами, такими как повышенная активность и/или стабильность, для использования в конкретных промышленных процессах. Это может быть длительным и (что более важно) дорогостоящим предприятием, тем более что природа предоставляет множество легкодоступных альтернатив в виде экстремозимов, которые встречаются в организмах, процветающих при экстремальных температурах (до 122°C и до -12°C), давлении (до 1000 атм), солености (вплоть до насыщающих уровней) и рН (от 0 до 6 и от 8 до 12). Таким образом, их ферменты уже приспособлены к работе в экстремальных условиях многих промышленных процессов. На сегодняшний день лишь немногие экстремофилы/экстремозимы нашли свое широкое применение в области биотехнологии, однако их потенциал неоспорим во многих областях применения. Четыре истории успеха - это термостабильные ДНК-полимеразы, используемые в полимеразной цепной реакции (ПЦР), различные ферменты, используемые в процессе производства биотоплива, организмы, используемые в процессе добычи полезных ископаемых, а также каротиноиды, используемые в пищевой и косметической промышленности. Другие потенциальные области применения включают производство производство антибиотиков, противоопухолевых, противогрибковых препаратов; и производство электричества или, точнее, выщелачивание электронов для генерации тока, который может быть использован. С установившимися коммерческими успехами в области ДНК-полимеразы, биотоплива и иных сфер биотехнологии экстремофилы и их ферменты занимают обширные позиции на рынке, который, как ожидается, будет продолжать расти. Однако для реализации этого огромного потенциала необходимо разработать инновационные методы преодоления существующих препятствий. Наиболее существенным является отсутствие в настоящее время возможности производить большинство экстремофилов/экстремозимов в больших масштабах, необходимых для промышленных процессов. Некоторые рекомбинантные экстремозимы могут быть получены в больших количествах мезофильными организмами, такими как Escherichia coli, однако это не относится к большинству. Поэтому необходимо разработать новые экспрессионные системы с экстремофильными организмами в качестве хозяина. Еще одним серьезным препятствием на этом пути является общее отсутствие партнерских отношений между академическими кругами и промышленностью. Следует поощрять, развивать и поддерживать со всех сторон возможности для установления связей между всеми группами, ибо только при совместной работе всех трех будет достигнут наибольший прогресс. Полученные в ходе написания курсовой работы теоретические знания, могут быть использованы в дальнейших исследованиях метаболического потенциала микробов экстремофилов и абсолютно точно необходимы в различных сферах биотехнологии.
Список литературы
1. Ахмадиев, Г.М. Эколого-биологические и педагогические аспекты изучения жизнеспособности живых организмов на урбанизированных территориях России / Г.М. Ахмадиев // Научное обозрение. Педагогические науки. – 2016. – № 6. – С. 36–39. 2. Адамов, Э.В. Биотехнология металлов: курс лекций / Э.В. Адамов, В.В. Панин - М.: Учеба МИСиС, 2003. - 147 с. 3. Бузолева, Л.С. Биохимические адаптации возбудителей сапрозоонозов к факторам окружающей среды / Л.С. Бузолева, А.М. Кривошеева, Е.А. Богатыренко, М.А. Синельникова // Научное обозрение. Биологические науки. – 2015. – № 1. – С. 42–43. 4. Гусев, М.В. Микробиология: учебник для студ. биол. специальностей вузов / М.В. Гусев, Л.А. Минеева - М.: Академия, 2003. - 464 с. 5. Григорьева, Н.В. Скрининг и изучение микроорганизмов, деструктирующих цианиды и тиоционаты // Н.В. Григорьева, З.А. Авакян, Т.П. Турова и др. // Микробиология. 1999. - Т. 68. - С. 453-460. 6. Егорова, М.А. Влияние условий культивирования на рост, активность ферментов метаболизма серы и карбоксилаз у Sulfobacillus thermosulfidooxidans subsp. asporogenes, штамм 41 / М.А. Егорова, И.А. Цаплина, Л.М. Захарчук, Т.И. Богданова, E.H. Красильникова // Прикладная биохимия и микробиология. - 2004. - Т. 40. - № 4. - С. 448-454. 7. Заулочный, П.А. Биогеотехнология и ее использование в процессах переработки минерального сырья / П.А. Заулочный, Г.В. Седельникова // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2009. - № 6. - С. 382-389. 8. Конопатов, Ю.В. Основы экологической биохимии: учебное пособие: допущено Министерством сельского хозяйства РФ для студентов вузов, обучающихся по ветеринарным и биологическим специальностям / Ю.В. Конопатов. – СПб., 2017. – 136 с. 9. Кондратьева, Т.Ф. Штаммовая генотипическая гетерогенность ацидофильных хемолитотрофных микроорганизмов / Т.Ф. Кондратьева, С.Н. Агеева // Труды Института микробиологии им. С.Н. Виноградского РАН. Юбилейный сборник к 70-летию института. - М.: Наука, 2004. - В. 12. - С. 197-212. 10. Питрюк, А.В. Различие в ионной специфичности синтеза АТФ у экстремально алкалофильных сульфатредуцирующих и ацетогенных бактерий / А.В. Питрюк, М.А. Пушева // Микробиология. 2001. - Т.70. №4. С. 459 - 464. 11. Смирнов, В.В. Спорообразующие аэробные бактерии продуценты биологически активных веществ / В.В. Смирнов, С.Р. Резник, И.А. Василевская. - Киев. Наук, думка. - 1982. - 280 с. 12. Турова, Т.П. Филогенетическое разнообразие алкалофильных анаэробных сахаролитических бактерий, выделенных из содовых озер / Т.П. Турова, Е.С. Гарнова, Т.Н. Жилина // Микробиология. 1999. - Т. 68. - С. 701-709. 13. Чукуров, П.М. Натрия нитрит // Химическая Энциклопедия. 1992. - М.: «Большая Российская Энциклопедия». - Т. 3. - С. 183. 14. Якубова, М. М. Экологические аспекты биохимической адаптации / М. М. Якубова // Известия Академик наук Республики Таджикистан (отделение биологических и медицинских наук). – 2011. – № 1 (174). – С. 77–88. 15. Wilson, Z. E., Brimble M. A. Molecules derived from the extremes of life // Natural Product Reports: journal. - 2009. - January (vol. 26, no. 1). - P. 44-71. 16. Larionova, M.D., Markova S.V., Vysotski E.S. The Novel Psychrophilic Luciferase from Metrida longa: Properties of a High-Purity Protein Produced in Insect Cells // Biochemical and Biophysical Research Communications. 2017. № 483(1). P. 772–778. 17. Rasuk, M.C. et al. Bacterial diversity in microbial mats and sediments from the Atacama Desert // Microbial ecology. 2016. Vol. 71. No. 1. Рр. 44–56. 18. Musilova, M. Et al. Isolation of radiation–resistant bacteria from Mars analog antarctic dry valleys by preselection, and the correlation between radiation and desiccation resistance //Astrobiology. 2015. Vol. 15. No. 12. Рр. 1076–1090. 19. Expression and functional analysis of two NhaD type antiporters from the halotolerant and alkaliphilic Halomonas sp. Y2 / Y. Cui, B. Cheng, Y. Meng, C. Li, H. Yin, P. Xu, C. Yang // Extremophiles. – 2016. – Vol. 20, № 5. – P. 631–639. 20. Hallberg, K.V. Physiological and phylogenetic heterogeneity among iron-oxidizing Acidithiobacillus spp., and characteristics of the novel species Acidithiobacillus ferrivorans / K.V. Hallberg, A. Amouric, C. Brochier-Armanet, V. Bonnefoy, D.B. Johnson Advanced Materials Research. Biohydrometallurgy. - 2009. - V. 71-73. - P. 167-170.
