Современная биотехнология возникла как возможность использования фундаментальных знаний о биологии клетки и, прежде всего, бактериальной клетки в практической деятельности для получения полезного для человека целевого продукта. Однако биотехнологию не следует понимать только как прикладную сферу деятельности. Это, прежде всего, интеграция научной и технологической деятельности, направленной на модификацию, управление и реконструкцию биологических систем с целью получения ценных веществ естественного происхождения и сохранения окружающей среды. Пожалуй, именно в биотехнологии наиболее гармонично объединены фундаментальные знания с практической деятельностью. Используя биологические системы в качестве продуцентов, мы познаем новые свойства и особенности этих систем, именно в этом и проявляется интеграция науки и производства.
Первая часть книги посвящена знакомству с основными объектами биотехнологии, рассмотрению принципов функционирования биологических систем и основным направлениям молекулярной и клеточной биотехнологии.
В книге Биотехнология Божков выделил фундаментальные аспекты биотехнологии и промышленные аспекты биотехнологии. В первой части Биотехнология Божков описал этапы становления, задачи и перспективы:
- Формирование микробиологии, биохимии и бродильных производств как фундаментальной основы биотехнологии;
- Разработка технологии рекомбинантных ДНК и рождение молекулярного направления;
- Современный этап развития биотехнологии.
В книгу Биотехнология Божков включил объекты биотехнологии:
- Общие характеристики объектов биотехнологии (Вирусы и вироиды, Прокариотические организмы, Бактерии);
- Царство грибов – Fungi (Особенности строения и метаболизм, Цианобактерии или сине-зеленые водоросли);
- Водоросли (Algae) – Характеристика водорослей, их роль и использование;
- Характеристика, выделение и использование клеток растений в биотехнологии, культивирование растительных клеток.
В Биотехнология представлены принципы функционирования биологических систем:
- Биологические теории, концепциях и принципах функционирования;
- Свойства биологических систем иди критерии живого;
- Клеточная теория (Основные этапы формирования клеточной теории, Клетка – структурированная система биополимеров);
- Концепция межмолекулярных взаимодействий (Характеристика слабых связей, Силы Ван-Дер-Ваальса, Электростатические силы, Водородные связи и структура воды, Гидрофобные взаимодействия, Слабые связи обеспечивают динамичность биологических структур);
- Принцип комплементарности, самосборки биологических структур, структурно-функциональной взаимосвязи, кооперативности и иерархичности организации биологических систем;
- Коннцепции метаболизма, принципе общего предшественника (ацетатное правило), разветвленных и альтернативных метаболических путей, многоуровневости регуляции метаболизма и циклической организации метаболизма.
Книга Биотехнология Божкова раскрывает методы биотехнологии:
- Классификация методов биотехнологии;
- Стерилизующие агенты и способы стерилизации (требования к асептике в биотехнологических процессах);
- Методы стерилизации (паром под давлением, горячим воздухом, химическими веществами);
- Стерилизация воздуха (ультрафиолетовым излучением, тепловой обработкой, фильтрационная очистка воздуха, очистка отработанного воздуха);
- Стерилизация питательных сред (использование ультрафильтрации для стерилизации питательных сред, контроль стерильности);
- Общая характеристика кинетики роста клеточных культур в биореакторах;
- Кинетика сбалансированного роста, уравнение Моно;
- Влияние некоторых физико-химических параметров среды на кинетику клеточного роста ;
- Основные фазы роста клеток в реакторах периодического действия;
- Методы оценки газообмена и массопереноса в биореакторах (между газовой и жидкой фазами, скорость утилизации кислорода и клеточный метаболизм, массообмен с участием свободно поднимающихся частиц и путем принудительной конвекции, теплообмен в биореакторах);
- Типы биореакторов (требования к биореакторам, биореакторы барботажные с механическим перемешиванием, с самовсасывающей системой аэрации, с подводом энергии в газовую фазу, со струящейся пленкой и биореакторы для культивирования клеток животных).
Биотехнология — это культура растительных клеток и тканей:
- Применение культивируемых растительных тканей и клеток и становление метода;
- Техника и условия культивирования растительных клеток (методы стерилизации растительных объектов и состав питательных сред) и культура клеточных суспензий;
- Источники получения клеток для культивирования;
- Особенности культивирования клеточных суспензии (культура каллусных тканей, культура протопластов, клональное микроразмножение растений);
- Методы клонального размножения растений (основные этапы клонального микроразмножения растений, метод активации развития уже существующих в растениях меристем, индукция возникновения адвентивных почек непосредственно тканями эксплантата, соматический эмбриогенез, метод клонального микроразмножения на основе дифференциации адвентивных почек, техника культивирования при клональном микроразмножении);
- Способ получения безвирусного посадочного материала.
В разделе биотехнологии культуры животных клеток освещены вопросы:
- История развития метода культивирования клеток животных, основные понятия и этапы;
- Механизмы, регулирующие клеточную пролиферацию;
- Питательные среды для культивирования клеток животных (сбалансированные солевые растворы и ростовые среды);
- Получение и культивирование первичных культур клеток (монослой, суспензионные культуры);
- Области применения культур клеток животных (продукты, получаемые из клеток животных, получение вирусных вакцин, антител, инсектицидов и интерферонов, получение ферментов и гормонов).
В книге Биотехнология: фундаментальные и промышленные аспекты имеются разделы:
- лимфоидные гибридомы или технология получения моноклональных антител (этапы получения моноклональных антител, иммунизация животных, слияние клеточных партнеров – гибридизация и культивирование гибридомных клеток, скрининг клонов, продуцирующих моноклональные антитела, области применения моноклональных антител, в том числе в диагностике, медицинеи научных исследованиях).
- технологии рекомбинантных днк бактериальных клеток (этапы становления технологии рекомбинантных ДНК, выделение индивидуальных генов или фрагментов ДНК, химико-ферментативный синтез генов, синтез индивидуальных генов на соответствующих мРНК, получение фрагментов ДНК с помощью полимеразной цепной реакции, векторы, принципы конструирования и характеристика, векторы клонирования крупных фрагментов ДНК, перенос вектора в реципиентную клетку, а именно трансформация клеток бактерий с использованием солей кальция, с помощью полиэтиленгликоля, трансформация клеток бактерий электропорацией и методом тройного скрещивания, селекция клонов, несущих трансген, скрининг методом гибридизации нуклеиновых кислот, иммунологический скрининг и по активности белков, регуляция экспрессии трансгена.
В состав Биотехнология входит технология рекомбинантных днк растительных клеток и трансгенные растения:
- Задачи и некоторые проблемы технологии рекомбинантных ДНК растений;
- Общая схема переноса генов в клетки растений;
- Организация и экспрессия генов растений (Векторы на основе Ti-плазмид и Ri-плазмиды);
- Механизмы переноса Т-ДНК;
- Цис- и транс-векторы Ti-плазмид;
- Трансформация иселекция трансформированных клеток двудольных растений с помощью Ti-плазмид;
- Индукция трансформации векторами на основе агробактерий;
- Прямая регенерация трансформированных растений на примере табака;
- Укоренение и размножение трансформированных побегов;
- Генетическая трансформация растений на стадии каллуса, протопластов и гомогенных эксплантатов;
- Трансформация протопластов агробактериями;
- Ограничения методов трансформации с помощью агробактерий;
- Методы прямого переноса генов в растительные организм (трансформация протопластов с использованием полиэтиленгликолей, методом электропорации и микроинъекций);
- Введение ДНК в протопласты с помощью липосом;
- Трансформация методом биологической баллистики;
- Перспективы, проблемы и направления исследований технологии рекомбинантных ДНК растительных объектов.
В книге Биотехнология Божков описал получение клонов и трансгенных животных:
- Предзародышевое развитие млекопитающих;
- Оплодотворение яйцеклеток вне организма;
- Созревание ооцитов in vitro;
- Капацитация сперматозоидов;
- Оплодотворение in vitro и ранние стадии развития эмбрионов;
- Методы получения и культивирования предымплантационных зародышей мышей;
- Способ получения зародышей мыши;
- Технология трансплантации и пересадка эмбрионов;
- Применение клеточной инженерии в животноводстве;
- Исследование тотипотентности клеток и клеточных ядер;
- Клонирование эмбрионов;
- Получение однояйцовых близнецов и химерных животных;
- Получение трансгенных животных с помощью ретровирусов, с применением микрочастиц золота;
- Использование трансгенных животных;
- Трансгенные животные с устойчивостью к заболеваниям, с новыми хозяйственно-полезными свойствами;
- Использование трансгенных животных в научных исследованиях и как продуценты биологически активных веществ;
- Генотерапия.
В работе Биотехнология Божкова содержатся следующие разделы:
- Инженерная энзимология, а именно иммобилизации ферментов и клеток;
- Биосенсорика (биосенсоры на основе иммунных реакций, нуклеиновых кислот, жидких кристаллов, суперспиральных кольцевых двухцепочечных молекул ДНК, светочувствительных мембран, иммобилизация биоматериала на транзисторах, преимущества биосенсоров перед другими аналитическими устройствами и области их применения).
Вторая часть книги Биотехнология Божков посвятил промышленным аспектам биотехнологии, а именно:
- Подготовительный этап биотехнологических производств (оценка критериев продуктивности биотехнологического процесса, патентование в биотехнологии, приготовление питательных сред и подготовка условий культивирования, контроль стерильности питательных сред и наращивание маточных культур);
- Производственный этап биотехнологического процесса (основные задачи, которые необходимо решать на производственном этапе биотехнологического процесса, поддержание и контроль асептических условий и условий роста культур, обеспечение газообмена и массообмена в процессе культивирования, состав и качество питательной среды в процессе производства, контроль состояния биообъекта в процессе производства);
- Завершающий этап биотехнологического производства (концентрирование и выделение целевого продукта, центрифугирование (сепарирование) и упаривание, фильтрация и флотация, методы экстракции и сорбция, хроматографические методы выделения, очистка, стабилизация и фасовка целевого продукта);
- этапы испытания новых продуктов биотехнологического производства и охрана природной среды (требования к биотехнологическому производству и характеристика продуктов биотехнологии, испытание целевого продукта, оценка продуктов на отсутствие контаминантов и идентичности или подлинности биотехнологических продуктов, безвредности продуктов биотехнологии, в том числе пищевых продуктов и пищевых добавок, этические и моральные аспекты в развитии молекулярной биотехнологии, биотехнологическое производство и охрана природной среды, особенности биотехнологических производств как потенциального источника загрязнения среды и возможные пути очистки сточных вод, обезвреживание отходов биотехнологических производств, возможные пути утилизации отходов биотехнологических производств).