Nội dung chính Chương 1: Nhập môn CNSH Chương 2: Công nghệ gene Chương 3. Công nghệ enzyme và protein Chương 4. Công nghệ tế bào động vật Chương 5. Công nghệ tế bào thực vật Chương 6. Công nghệ vi sinh và môi trường Chương 7. Công nghiệp sinh học
Giảng viên: HOÀNG VĨNH PHÚ Đại học Vinh Nội dung Chương 1: Nhập mơn CNSH Chương 2: Cơng nghệ gene Chương Công nghệ enzyme protein Chương Công nghệ tế bào động vật Chương Công nghệ tế bào thực vật Chương Công nghệ vi sinh môi trường Chương Công nghiệp sinh học I NHẬP MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Khái niệm chung Phân loại CNSH Các lĩnh vực ứng dụng CNSH Một số kỹ thuật nghiên cứu CNSH Cơng nghệ sinh học gì? Biotechnology: - Bio: Biology – sinh học - Technology: Giải vấn đề tạo sản phẩm hữu dụng CNSH trình nghiên cứu, khai thác, sử dụng nguyên lý trình sinh học để giải vấn đề thực tiễn sản xuất phục vụ đời sống người quy mô công nghiệp Phân loại CNSH Công nghệ sinh học cổ truyền Khai thác nguyên lý trình sinh học dựa sở hiểu biết sơ đẳng kinh nghiệm sống người Công nghệ sinh học đại Quá trình nghiên cứu, khai thác nguyên lý sinh học sở kiến thức khoa học tiên tiến phương pháp nghiên cứu đại Kết sản phẩm CNSH đại mang lại cách mạng, thúc đẩy phát triển sản xuất, đáp ứng nhu cầu sống lồi người -Cơng nghệ vi sinh -Cơng nghệ enzyme -Công nghệ lên men -Công nghệ nuôi cấy tế bào động vật miễn dịch học -Công nghệ nuôi cấy tế bào thực vật - Kỹ thuật gen di truyền Các lĩnh vực ứng dụng CNSH - Lương thực, thực phẩm: Sản phẩm cá, thịt, tinh bột, đường, thực phẩm bổ trợ, chất màu, hương vị, loại vitamin acid amin - Nông nghiệp: Thức ăn gia súc, thuốc trừ sâu, vi khuẩn, vi rút, chế phẩm vi sinh, nhân giống vơ tính, cấy hợp tử, sản xuất phơi, vaccin - Hố học: acid hữu cơ, rượu, men, chất cao phân tử, metal extraction, bioaccumulation - Dược học: chất kháng sinh, chất chẩn đoán bệnh, men ức chế, vaccin, steroids, alcaloids - Lên men: bia rượu, chất kích thích, lương thực, thực phẩm, bánh mì, bơ, protein tế bào, cồn cơng nghiệp, men, chất kháng sinh, thuốc, vitamin, vaccin - Năng lượng: sinh chất, ethanol, methane - Mơi trường: xử lí rác thải, làm nước, tinh chế, phân giải dầu gây ô nhiễm Một số kỹ thuật nghiên cứu CNSH Tách chiết DNA Điện di Kỹ thuật PCR Kỹ thuật đọc trình tự DNA Phương pháp lai phân tử Các phương pháp chuyển gen vào tế bào vật chủ Kỹ thuật hóa mơ miễn dịch Biến đổi vật chất di truyền 4.1 Tách chiết DNA 4.1.1 Tách chiết DNA thực vật - Nghiền mẫu biện pháp học sóng siêu âm - Sử dụng đệm có chất tẩy rửa để phá vỡ màng NSC - Bảo vệ DNA đệm (phổ biến EDTA: Etylen diamin tetra Acetic acid) - Loại bỏ protein tạp chất hóa chất: thường dùng tách chiết phân đoạn nhờ phenol isoamyl alcohol, Chloroform… - Kết tủa DNA hòa tan đệm để lưu giữ Protocol tách chiết DNA từ mô Bước 1: Ủ 5ml đệm chiết CTAB 60°C bình ổn nhiệt (30p) Bước 2: Nghiền 0,7-1g mô thực vật nitơ lỏng cối chày sứ thành bột mịn Bước 3: Hòa tan mẫu nghiền đệm chiết, nghiền thêm chút để đệm đồng Bước 4: Ủ mẫu 65°C 30p, lắc 3-5 lần trình ủ Bước 5: Thêm 5ml hỗn hợp chloroform: isoamyl alcohol=24:1 Bước 6: Ly tâm 13000 vòng/phút 5p Bước 7: Lấy dịch lỏng, thêm vào thể tích phức hợp 24:1 ly tâm Bước 8: Lấy dịch lỏng, thêm thể tích cồn tuyệt đối có bổ sung NaOAc 3M, pH=5,2 Ủ mẫu -20°C 20p Bước 9: Ly tâm 13000 vòng/p thu kết tủa Hòa tan kết tủa nước đệm TE bacteria Free swimming ciliates suctoria Stalked ciliates Rotifes Zoo flagellates Đồ thị tăng trưởng vi sinh vật bể xử lý nước thải 2/Cơ chế q trình: Oxi hóa hợp chất hữu khơng chứa nitơ Oxi hố hợp chất có chứa nitơ Tổng hợp sinh khối Phân hủy nội bào Q trình Nitrat hóa: Oxi hóa hợp chất chứa lưu huỳnh photpho: Oxi hóa hợp chất chứa sắt mangan: 3/ Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động cơng trình xử lý nước thải hiếu khí : Oxi hòa tan – DO:DO tối ưu thường từ – mg/l Nhưng thực tế tốt > mg/l pH môi trường:pH tối ưu cho xử lý hiếu khí nước thải từ 6.5 – Nhiệt độ: nhiệt độ tối ưu 20 – 27 oC, chấp nhận khoảng nhiệt độ 17,5 – 35oC Chất dinh dưỡng: F/M – Food/Microorganism (BOD/MLSS):chỉ số thức ăn Các chất kiềm hãm Hàm lượng sinh khối :Hàm lượng sinh khối ổn định bể aeroten thường từ 500 – 800mg/l 1000 – 1500mg/l III/Q trình yếm khí : Q trình phân hủy yếm khí chất hữu phức tạp liên hệ đến hàng trăm phản ứng sản phẩm trung gian Tuy nhiên người ta thường đơn giản hóa chúng phương trình sau : Chất hữu lên men yếm khí ->CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S Hỗn hợp khí sinh thường gọi khí sinh học hay biogas Thành phần Biogas sau: Methane (CH4) 55 ， 65% Carbon dioxide (CO2) 35 ， 45% Nitrogen (N2) ， 3% Hydrogen (H2) ， 1% Hydrogen Sulphide (H2S) ， 1% 1/ Quá trình phân hủy yếm khí chia thành giai đoạn sau: Phân hủy chất hữu cao phân tử Tạo nên axit Tạo methane Ba giai đoạn trình lên men yếm khí 4% H2 28% 24% Chất hữu cao phân tử 76% Axit hữu methane 52% Axit acetic 72% 20% Giai đoạn Thủy phân lên men Giai đoạn Tạo acetic ,H2 Giai đoạn Sinh CH4 2/ Các nhóm vi khuẩn tham gia : Ba nhóm vi khuẩn tham gia vào q trình nhóm vi sinh vật thủy phân chất hữu nhóm vi sinh vật tạo acid bao gồm loài Clostridium spp., Peptococcus anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulphovibrio spp., Corynebacteriumspp.,Lactobacillus,Actonomyces, Staphylococcus Escherichia coli nhóm vi sinh vật sinh methane gồm lồi dạng hình que (Methanobacterium, Methanobacillus), dạng hình cầu (Methanococcus, Methanosarcina) clostridium methanobacterium peptococcus clostridium clostridium methanococcus peptococcus methanococcus peptococcus 3/ Các nhân tố mơi trường ảnh hưởng đến q trình lên men yếm khí : Ảnh hưởng nhiệt độ : + 25-40oC: khoảng nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật ưa ấm + 50-65oC: nhiệt độ thích hợp cho vi sinh vật ưa nhiệt Ảnh hưởng nhiệt độ lên khả sinh khí hầm ủ Ảnh hưởng pH độ kiềm (alkalinity) Ảnh hưởng độ mặn Các chất dinh dưỡng Ảnh hưởng lượng nguyên liệu nạp Ảnh hưởng chất khoáng nguyên liệu nạp IV/ CÁC PHƯƠNG PHÁP KHÁC : - Xử lý nước hồ công nghệ vi sinh vật hữu hiệu (EM – Effective Microorganisms) Theo hai giai đoạn: giai đoạn xử lý cấp tập giai đoạn trì Để xử lý cấp tập, sử dụng EM thứ cấp 1% theo cách nhỏ giọt điểm nước thải đổ vào hồ theo tỷ lệ 1/1.000 lượng nước thải chảy qua Định kỳ đưa EM thứ cấp vào hồ, tốt theo phương pháp nhỏ giọt EM thứ cấp vào hố ga chứa nước thải trước dẫn vào hồ Xử lý nước thải thủy sinh vật Xử lý nước thải tảo Xử lý nước thải thủy sinh thực vật có kích thước lớn : + Thủy thực vật sống chìm +Thủy thực vật sống trôi +Thủy thực vật sống Tảo lam Lục bình Tảo spirulina ... 2: Công nghệ gene Chương Công nghệ enzyme protein Chương Công nghệ tế bào động vật Chương Công nghệ tế bào thực vật Chương Công nghệ vi sinh môi trường Chương Công nghiệp sinh học I NHẬP MÔN CÔNG... xuất, đáp ứng nhu cầu sống lồi người -Cơng nghệ vi sinh -Cơng nghệ enzyme -Công nghệ lên men -Công nghệ nuôi cấy tế bào động vật miễn dịch học -Công nghệ nuôi cấy tế bào thực vật - Kỹ thuật gen... nguyên lý trình sinh học để giải vấn đề thực tiễn sản xuất phục vụ đời sống người quy mô công nghiệp 2 Phân loại CNSH Công nghệ sinh học cổ truyền Khai thác nguyên lý trình sinh học dựa sở hiểu