in vitro cellandtissuecultures recombinantdna...

Plant genomics and GMO/GMP

Plant biotechnology – application of application of science andtechnology to plants or their parts, to alter living or non-livingmaterials for the production of knowledge, goods and services.

Plant biotechnology:

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

manipulation

Plant genomics and GMO/GMP

Rostlinné biotechnologie

KATEDRA SPECIÁLNÍ PRODUKCE ROSTLINNÉ září 2014

prof. Ing. Vladislav Čurn, Ph.D.Jihočeská univerzita v Českých BudějovicíchZemědělská fakulta, Katedra speciální produkce rostlinnéNa Sádkách 1780, 370 05 České Budějovice

BIOTECHNOLOGIETERMINOLOGIE A SOUČASNÉ TRENDY

Biotechnology- “Any technique that uses living organisms (or parts of organisms) tomake or modify products, to improve plants or animals, or to develop microorganisms forspecific use.” ... or – all the technology connected with plant and animal life.

Definice biotechnologií podle OECD: Využívání vědy atechnologie na živé organismy nebo jejich části, výrobky amodely pro přeměnu živých i neživých materiálů zaúčelem vytváření znalostí, zboží a služeb.

BIOTECHNOLOGIE - SOUČASNÉ TRENDY

Definice termínu „biotechnologie“ podle Dohody o biologickédiverzitě (OSN): Je to jakákoli technologie, která využívábiologické systémy, živé organismy, nebo jejich části, kurčité výrobě, nebo jejich přeměně, či jinémuspecifickému použití.

Biotechnologie – aplikace živých organismů nebosystémů od nich odvozených pro průmyslové účely.Důležitými oblastmi biotechnologií jsou:a/ genové inženýrství nebo technologie rekombinantníDNA, b/ průmyslové inženýrství (např. produkce antibiotikfermentačními postupy), c/ produkce monoklonálníchprotilátek, d/ biosenzory, e/ biokatalyzátory (imobilizovanéenzymy), f/ odstraňování odpadů biodegradací, g/koncentrování minerálů pomocí mikroorganismů, h/ studievztahu mezi strukturou a funkcí proteinů za účelempřípravy nebiotických syntetických katalyzátorů.


Biotechnologie jsou dnes jedním z nejvíce inovativníchvědeckých oborů.

„Life-science“ a biotechnologie jsou prioritami EU v oblastifinancování vědy a představují vlajkové lodě špičkového „high-tech“ výzkumu v rámci programů FP7 a Horizont 2020.



Trends in BiotechnologyBřezen 2013

• ~1970• genové technologie, produkce monikloválních protilátek• ~1980• biotechnologie jako obor

• ~ 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


Biotechnologie

• 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

Světová produkce některých produktů potravinářského, farmaceutického a chemického průmysluzískaná použitím imobilizovanýh enzymů:Produkt Substrát Enzym Produkce (t)HFCS glukóza (ze škrobu) glukóza isomeráza 8.000.0006-APA penicilin G - V penicillin amidáza 7.500acrylamid acrylonitril nitril hydratáza 15.000

HFCS - kukuřičný sirup s vysokým obsahem fruktózy 6-APA - 6-amino penicillanic acid


Biotechnologie


Biotechnologie• tradiční

potravinářské aplikace (kvasné a fermentační procesy....)řada průmyslových aplikací

• modernímanipulace s živými organismy, techniky molekulární biologie...genové inženýrstvíbuněčné a tkánové kulturyklonováníbionanotechnologiegenomika, transkriptomika, proteomikabioinformatika


Co nám biotechnologie (také) přinesly?

• nové plodiny/odrůdymnožení a ozdravování rostlinvýrazné urychlení šlechtitelského procesuvzdálená hybridizace, dopěstování embryí, dihaploidnítechnika, somatická hybridizace

GMPnové trendy – cisgenní rostliny, transgenní podnože


Co nám biotechnologie (také) přinesly?

• produkty/potraviny s novými vylepšenými vlastnostmitrvanlivost, sensorické a nutriční vlastnostiarašídy, banány, ananas, paprika, rajčata, česnek...biotechnologická produkce chymosinu (syřidlo – 1990, první biotech potravinářský produkt uvolněný pro použití)zlatá rýže

• produkty pro farmaceutické aplikacebiotech produkce inzulinu (1982), inhibitor trombinu...jedlé vakciny

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 danémurostlinnému druhu nebo pocházejí z blízce příbuzného druhu, který semůže s daným druhem křížit za pomoci technik považovaných při šlechtěnírostlin za „tradiční“.

• Za cisgenní jsou považovány rostliny, do jejichž dědičné informace bylypřeneseny úplné geny – tedy geny obsahující všechny introny a spřipojenými regulačními a terminačními sekvencemi – z druhů, z kterýchby rostliny mohly získat tentýž gen tradičním křížením.



• zpětné křížení

x• GMOx• cisgenoze


Nové trendy v biotechnologiích

• využití GMO ve farmacii• technologie „molecular pharming“

• výroba substancí pro farmaceutický průmysl pomocí GMOtechnologie – produkce rekombinantních léčiv, diagnostickýchpřípravků

• aktuálně se využívá více než 160 „biotech“ léčiv, 300 dalších je ve fázitestování


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


Genové technologie a GMO potraviny – oprotifarmaceutickým aplikacím velmi kontroverzní téma

Příklad : „zlatá rýže“

• humanismus x zásadní odmítání GMO technologie

• mnohaleté „boje“ mezi vědeckými týmy a odpůrci transgenních technologií

• http://neviditelnypes.lidovky.cz/veda-ryze-zlata-trikrat-pozehnana-dru-/p_veda.aspx?c=A140409_211027_p_veda_wag



„zlatá rýže“- GMO rýže se zvýšeným obsahem beta-karotenu (geny pro biosyntetickou dráhu betakarotenu z Narcissus/Zea a Erwinia)

Ingo Potrykus 1999Rachel Drake 2005


• „zlatá rýže“

• humanismus x zásadní odmítání GMO technologie



Děkuji za pozornost

Vladislav ČurnJihočeská univerzita v Českých BudějovicíchZemědělská fakulta, Katedra speciální produkce rostlinnéBiotechnologické centrum

Na Sádkách 1780, 370 05 České Budějovicewww.zf.jcu.czhttp://biocentrum.zf.jcu.cz

in vitro cellandtissuecultures recombinantdna...

Documents