Заняття № 40

Тема. Основні напрямки сучасної біотехнології.

Мета: розглянути основні напрямки сучасної біотехнології, з’ясувати їх значення для суспільства та перспективи розвитку.

Література: л.1. Загальна біологія: (Підруч. для учнів 10-11-х кл. серед. загальноосвіт. шк.) / М.Є. Кучеренко та ін. –К.: Генеза, 2000. -464 с. §53

План

1. Біотехнологія.

2. Використання біотехнологічних процесів.

3. Генна інженерія.

4. Клітинна інженерія

1.Біотехнологія –це сукупність промислових методів, які застосовують для виробництва різних речовин із використанням живих організмів, біологічних процесів чи явищ. Термін «біотехнологія» з’явився в 70 роках ХХ ст.

Біотехнологію умовно поділяють на два підрозділи: традиційна (куди вхо-дить технологічна мікробіологія, а також технічна, біохімічна та інженерна ензимологія) і нова (куди входять генетична та клітинна інженерія).

2. Традиційна біотехнологія заснована на ферментації. За останні тридцять років виник ряд нових виробництв, що базуються на використані різних міцеліальних грибів, дріжджів, бактерій, рідше водоростей. З допомогою мікроорганізмів отримують такі лікарські препарати як кортизон, гідрокорти-зон, та інші стероїдні препарати, антибіотики, вітаміни,. Удосконалюються я біотехнологічні процеси і харчовій промисловості, які дають можливість збільшити випуск кисломолочних продуктів і кормів.

Одним з найбільш перспективних напрямків традиційної біотехнології є використання мікроорганізмів як один із засобів захисту рослин від шкідни-ків. Одним з напрямків є заміна пестицидів на мікроорганізми, які є паразита-ми шкідників.

Набагато важче є справи з біозахистом рослин від хвороб. Незважаючи на численні розробки біопрепаратів для захисту рослин від хвороб, поки що тільки деякі рекомендовані для використання. Це, перш за все, антибіотики, які мають переваги порівняно з фунгіцидами: добре розчиняються у воді, досить стійкі до навколишнього середовища, досить легко проникають у тка-нини рослини. Ці ознаки дозволяють використовувати їх для пригнічення збудників хвороби.

Біотехнології використовують ще в багатьох галузях людського буття. Так, наприклад, біотехнологічні процеси використовують для очищення нав-колишнього середовища від побутових і промислових забруднень, зокрема стічних вод. Методи біологічного очищення грунтуються на здатності певних видів бактерій розкладати органічні сполуки, що потрапляють у водойми, грунт. Для очищення стічних вод та водойм використовують також здатність ряду організмів накопичувати органічні чи неорганічні речовини в своїх клітинах.

3. Останнім часом у розробці біотехнологічних процесів все ширше використовують методи генетичної та клітинної інженерії, що дає можливість одержувати різноманітні сполуки та препарати: білки-інтерферони, гормони, вакцини тощо.

Генетична інженерія – це прикладна галузь молекулярної генетики та біохімії, яка розробляє методи перебудови геномів організмів вилученням або введенням окремих генів чи їхніх груп: синтез генів поза організмом; виділення з клітин та перебудову окремих генів або їх частин; копіювання та розмноження виділених генів; введення генів чи їх груп у геном інших організмів; експериментальне поєднання різних геномів в одній клітині.

Об’єктами досліджень цієї галузі є переважно прокаріоти, хоча вчені працюють і з геномами еукаріот. У геном бактерій було введено гени, які кодують інсулін пацюка та людини, гени рРНК дрозофіли та жаби тощо. Вбудовані гени нормально зчитуються в клітині бактерії, завдяки чому вона синтезує відповідні сполуки (інсулін, рРНК тощо). Методами генетичної інженерії одержано білки-інтерферони, які захищають організм людини і тварин від вірусних захворювань, гормон росту.

Крім вирішення практичних питань (підвищення продуктивності штамів мікроорганізмів, перенесення в клітини прокаріот генів еукаріот, які відповідають за синтез важливих сполук – вітамінів, гормонів, факторів росту), у майбутньому генетична інженерія буде здатна вирішувати більш глобальні завдання. Серед них: видалення дефектних генів на найраніших етапах онтогенезу і заміна їх нормальними алелями; поєднання в одному геномі генів різних організмів. Результати генетичної інженерії мають винятково важливе значення і для теоретичної біології. Завдяки їм розроблено важливі відкриття щодо тонкої будови генів, їхнього функціонування, структури геномів різноманітних організмів. Для подаль-шого розвитку генетичної інженерії необхідним є створення банків генів колекцій генів різноманітних організмів – об’єктів генетичних досліджень, які вбудовані в плазміди та інші переносники і зберігаються при низьких температурах.

Методи генетичної інженерії використовують для створення трансгенних організмів. Трансгенними називають рослини і тварини, що мають у своїх клітинах ген чужого організму, включений у хромосоми. Трансгенні організми можуть мати велике значення для підвищення ефективності сільськогосподарського господарства та в дослідженнях у галузі молекулярної біології. Перший трансгенний організм (миша) був одержаний у 1980році Дж. Гордоном. Широкомасштабне вивільнення в довкілля трансгенних організмів розпочалося у 1996 році. Серед трансгенних організмів, що були створенні, 98% складали генетично модифіковані сільськогосподарські рослини. Генетична модифікація надає живим організмам нових властивостей. (стійкість до гербіцидів і хвороб, підвищення врожайності, зменшення строків вегетації).

З 1997 р. в Європі дозволено одержувати харчові продукти з генетично модифікованих сої та кукурудзи. Близько 300 мільйонів жителів США і понад 1 мільярд жителів Китаю вживають ГМО без явних шкідливих наслідків для організму. В Україні, незважаючи на заборону, вже вирощують трансгенну сою, картоплю, ріпак, кукурудзу, буряки. Але, хоча такими продуктами харчується велика кількість людей, минуло замало часу, аби наука повністю встановила їх вплив на наш організм. Питання про перспективу використання генної інженерії під час вирощування сільськогосподарської сировини продовжує викликати серйозні суперечки серед дослідників і широких верств споживачів. Серед позитивних аргументів – підвищена врожайність, екологічні переваги, захист від шкідників. З іншого боку – невпевненість у безпечності нових технологій.

Широкомасштабне вивільнення в довкілля генетично модифікованих сортів рослин різних таксономічних груп з різними генетичними конструк-ціями, що надають їм нових властивостей, поставило ряд питань, на які необхідно звернути увагу під час розбудови біобезпеки довкілля. Головним питанням біобезпеки при цьому є можлива передача генів, убудованих у трансгенний організм, організмам навколишнього природного середовища, вплив трансгеннних рослин, стійких до шкідників, на нецільові організми та порушення трофічних ланцюгів.

Клітинна інженерія – галузь біотехнології, у якій застосовують методи виділення клітин з організму і перенесення їх на штучні середовища, де ці клітини продовжують жити та розмножуватись крім того клітинна інженерія займається сполученням соматичних клітин різних видів, родів, родин і по-рядків організмів, завдяки чому вдається схрещувати організми, гібридизація яких неможлива статевим шляхом.

Завдяки виділенню соматичних клітин із організму та перенесенню їх на поживні середовища можна створити культуру клітин, що значно зменшить собівартість препаратів. Оскільки соматичні клітини містять всю спадкову інформацію, властиву особині, є можливість вирощувати з них значну кількість потомків з ідентичними властивостями.