in vitro cell and tissue cultures recombinant DNA technology, cell and gene manipulation

Transkript

1 Plant genomics and GMO/GMP Plant biotechnology application of application of science and technology to plants or their parts, to alter living or non-living materials for the production of knowledge, goods and services. Plant biotechnology: in vitro cell and tissue cultures recombinant DNA technology, cell and gene manipulation

2 Plant genomics and GMO/GMP

3 Rostlinné biotechnologie

4 BIOTECHNOLOGIE KATEDRA SPECIÁLNÍ PRODUKCE ROSTLINNÉ září 2014 TERMINOLOGIE A SOUČASNÉ TRENDY prof. Ing. Vladislav Čurn, Ph.D. Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích Zemědělská fakulta, Katedra speciální produkce rostlinné Na Sádkách 1780, České Budějovice

5 Biotechnology- Any technique that uses living organisms (or parts of organisms) to make or modify products, to improve plants or animals, or to develop microorganisms for specific use.... or all the technology connected with plant and animal life. Definice termínu biotechnologie podle Dohody o biologické diverzitě (OSN): Je to jakákoli technologie, která využívá biologické systémy, živé organismy, nebo jejich části, k určité výrobě, nebo jejich přeměně, či jinému specifickému použití. Definice biotechnologií podle OECD: Využívání vědy a technologie na živé organismy nebo jejich části, výrobky a modely pro přeměnu živých i neživých materiálů za účelem vytváření znalostí, zboží a služeb.

6 Biotechnologie aplikace živých organismů nebo systémů od nich odvozených pro průmyslové účely. Důležitými oblastmi biotechnologií jsou: a/ genové inženýrství nebo technologie rekombinantní DNA, b/ průmyslové inženýrství (např. produkce antibiotik fermentačními postupy), c/ produkce monoklonálních protilátek, d/ biosenzory, e/ biokatalyzátory (imobilizované enzymy), f/ odstraňování odpadů biodegradací, g/ koncentrování minerálů pomocí mikroorganismů, h/ studie vztahu mezi strukturou a funkcí proteinů za účelem přípravy nebiotických syntetických katalyzátorů.

7 Biotechnologie jsou dnes jedním z nejvíce inovativních vědeckých oborů. Life-science a biotechnologie jsou prioritami EU v oblasti financování vědy a představují vlajkové lodě špičkového hightech výzkumu v rámci programů FP7 a Horizont 2020.

8

9

10 ~1970 genové technologie, produkce monikloválních protilátek ~1980 biotechnologie jako obor Trends in Biotechnology Březen 2013 ~ 2010 genové technologie jako standardní metoda pro produkci cílových/rekombinantních proteinů omics technologie genomika, transkriptomika, metabolomika metabolické inženýrství modifikace metabolických drah, konstrukce nových syntetických metabolických drah a produkce substancí pro chemický a farmaceutický průmysl rozvoj mikroelectroniky, technologie zpracování dat obrovský dopad na biotechnologie odklon od prvotního zaměřené biotechnologií medicínské aplikace biotechnologie zaměřené na bioenergetiku, biopaliva, biorafinaci, environmentální biotechnologie, bioremediace, biosenzory genové inženýrství rostlin a zemědělské biotechnologie

11

12

13 Biotechnologie Světová produkce některých produktů potravinářského, farmaceutického a chemického průmyslu získaná použitím imobilizovanýh enzymů: Produkt Substrát Enzym Produkce (t) HFCS glukóza (ze škrobu) glukóza isomeráza APA penicilin G - V penicillin amidáza acrylamid acrylonitril nitril hydratáza HFCS - kukuřičný sirup s vysokým obsahem fruktózy 6-APA - 6-amino penicillanic acid imobilizovaná glukózo isomeráza při produkci sirupu obohaceného fruktózou imobilizovaná laktáza při hydrolýze laktózy v mléce (laktose-free produkty, zmrzliny) rafinace tuků a olejů (specifická lipáza katalyzuje transformaci palmového oleje na náhražky kakaového másla) imobilizovaná lipáza pro substituci oleje jojoby z řepkového oleje enzymatická syntéza aspartamu produkce 6-amino penicillanic kyseliny imobilizovanou penicillin amidázou enzymatická produkce L-asparagové kyseliny a L-jablečné kyseliny enzymatická syntéza akrylamidu imobilizovaná endo- -glukosidáza pro aromatické látky - zlepšení vína a ovocných šťáv

14 Biotechnologie

15 Biotechnologie tradiční potravinářské aplikace (kvasné a fermentační procesy...) řada průmyslových aplikací moderní manipulace s živými organismy, techniky molekulární biologie... genové inženýrství buněčné a tkánové kultury klonování bionanotechnologie genomika, transkriptomika, proteomika bioinformatika

16 Co nám biotechnologie (také) přinesly? nové plodiny/odrůdy množení a ozdravování rostlin výrazné urychlení šlechtitelského procesu vzdálená hybridizace, dopěstování embryí, dihaploidní technika, somatická hybridizace GMP nové trendy cisgenní rostliny, transgenní podnože

17 Co nám biotechnologie (také) přinesly? produkty/potraviny s novými vylepšenými vlastnostmi trvanlivost, sensorické a nutriční vlastnosti arašídy, banány, ananas, paprika, rajčata, česnek... biotechnologická produkce chymosinu (syřidlo 1990, první biotech potravinářský produkt uvolněný pro použití) zlatá rýže produkty pro farmaceutické aplikace biotech produkce inzulinu (1982), inhibitor trombinu... jedlé vakciny

18

19

20

21

22 Nové trendy v biotechnologiích a šlechtění rostlin cisgenoze transgenní podnože Cisgenní rostliny ekvivalent produktů tradičního křížení. Cisgenní rostliny jsou vytvářeny přenosem genů, jež jsou vlastní danému rostlinnému druhu nebo pocházejí z blízce příbuzného druhu, který se může s daným druhem křížit za pomoci technik považovaných při šlechtění rostlin za tradiční. Za cisgenní jsou považovány rostliny, do jejichž dědičné informace byly přeneseny úplné geny tedy geny obsahující všechny introny a s připojenými regulačními a terminačními sekvencemi z druhů, z kterých by rostliny mohly získat tentýž gen tradičním křížením.

23 Nové trendy v biotechnologiích a šlechtění rostlin zpětné křížení x GMO x cisgenoze

24 Nové trendy v biotechnologiích využití GMO ve farmacii technologie molecular pharming výroba substancí pro farmaceutický průmysl pomocí GMO technologie produkce rekombinantních léčiv, diagnostických přípravků aktuálně se využívá více než 160 biotech léčiv, 300 dalších je ve fázi testování

25 Nové trendy v biotechnologiích využití GMO ve farmacii technologie molecular pharming aplikace ve farmacii mají dlouhou historii 1979 první produkce inzulínu a somatotropinu v E. coli 1982 produkce inzulínu - první klinicky použitý rekombinantní protein produkce v bakteriích, kvasinkách, savčích buňkách, rostlinách, experimentálně i v transgenních zvířatech

26 Genové technologie a GMO potraviny oproti farmaceutickým aplikacím velmi kontroverzní téma Příklad : zlatá rýže humanismus x zásadní odmítání GMO technologie mnohaleté boje mezi vědeckými týmy a odpůrci transgenních technologií

27 zlatá rýže - GMO rýže se zvýšeným obsahem beta-karotenu (geny pro biosyntetickou dráhu betakarotenu z Narcissus/Zea a Erwinia) Ingo Potrykus 1999 Rachel Drake 2005

28 Nové trendy v biotechnologiích a šlechtění rostlin zlatá rýže humanismus x zásadní odmítání GMO technologie

29 Děkuji za pozornost Vladislav Čurn Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích Zemědělská fakulta, Katedra speciální produkce rostlinné Biotechnologické centrum Na Sádkách 1780, České Budějovice