Учебник съответства на основното ниво на федералното компонент на държавния стандарт на общото образование в областта на биологията и препоръчани от Министерството на образованието и науката на Руската федерация.
Книга: биология. Обща биология. Основно ниво. Учебник за класове 10-11
3.19. Биотехнологии: прогрес и перспективи
3.19. Биотехнологии: прогрес и перспективи
Какво е биотехнологиите?
Какво е значението на промишлеността и селското стопанство има избор на микроорганизми?
Биотехнология - е използването на организми, биологични системи или биологични процеси в промишленото производство. Терминът "биотехнология" се използва широко от средата на 70-те години. XX век. въпреки че от незапомнени времена човечеството се използват микроорганизми в хляб и вино, производство на бира и сирене на решения. Всяко производство, което се основава на биологичен процес, може да се разглежда като биотехнологиите. Джийн, хромозома и клетъчно инженерство, клониране на селскостопански растения и животни - това са различни аспекти на биотехнологиите.
Биотехнология не само получават важно за човешки продукти, като например антибиотици и растежен хормон, етилов алкохол и кисело мляко, но също така да се създадат организми с предварително определени свойства много по-бързо, отколкото чрез традиционни методи на размножаване. Там биотехнологични процеси за пречистване на отпадъчни води, третиране на отпадъци, изхвърляне на нефтени разливи във водни обекти, получаване на гориво. Тези технологии се основават на особеностите на живота на някои микроорганизми.
Генното инженерство. Удобен обекти биотехнологиите са микроорганизми, които имат сравнително проста геном организирани, кратък жизнен цикъл и с голямо разнообразие от физиологични и биохимични свойства.
Една от причините за диабет е дефицит на инсулин - панкреатичен хормон. Инжекциите с инсулин, извлечени от панкреаса на свине и говеда, освен живота на милиони хора, но при някои пациенти да доведат до развитието на алергични реакции. Оптималното решение е да се използват човешки инсулин. Генетично инженерство инсулин ген човешки беше внесена в ДНК на Е.коли. Бактерията е активно синтезира инсулин. През 1982, човешки инсулин стана първият фармацевтичен продукт, получени чрез генетични инженерни техники.
По подобен начин, понастоящем получават растежен хормон. човешки ген вмъква в генома на бактерии, осигурява хормон синтез, инжекции, които се използват при лечението на нанизъм и намаляват растежа в болни деца почти нормални нива.
Точно както в бактерии, използвайки техниките на генното инженерство може да се променя и наследствения материал на еукариотните организми. Такива организми са наречени генетично пренаредени трансгенни или генетично модифицирани организми (ГМО).
В природата, са бактерии, които произвеждат токсини, които убиват много вредни насекоми. Генът, отговорен за синтеза на този токсин е изолиран от генома на бактерията и се вмъква в генома на културните растения. Към днешна дата, това вече не е установена резистентност към вредители сортове царевица, ориз, картофи и други култури. Отглеждане на трансгенни растения, които не изискват използването на пестициди, има огромни предимства, тъй като, от една страна, пестициди убиват не само вредните, но и полезни насекоми, и второ, много пестициди се натрупват в околната среда и да има мутагенен ефект върху живеене организми (фиг. 92).
Фиг. 92. Страните, които растат трансгенни растения. Почти цялата площ под трансгенни култури са генно модифицирани разновидности заемат четири растения: соя (62%), царевица (24%), памук (9%) и рапица (4%). Вече установен трансгенни сортове картофи, домати, ориз, тютюн, захарно цвекло и други култури
Един от първите успешни опити за създаването на генетично модифицирани животни бе получено в мишки, в които генът се добавят растежен хормон ген плъх. В резултат на трансгенни мишки нарастват много по-бързо и в резултат бяха два пъти нормални мишки. Ако този опит имаше само теоретична значимост, експериментите в Канада вече са имали ясна практическо приложение. Канадски учени са вписани в наследствения материал сьомга друг ген риба, която е активирана гена на хормона на растежа. Това доведе до факта, че сьомгата се разраства 10 пъти по-бързо и да наддава на тегло е няколко пъти по-високи от нормалното.
Клониране. Създаване на няколко генетични копия от едно лице, с помощта на безполово размножаване нарича клониране. Редица организми, този процес може да се случи естествено, мисли за вегетативно размножаване на растения и фрагментация при някои животни (§ 3.5). Ако случайно морска звезда излизам парчето лъч от него формира нова цялото тяло (фиг. 93). В гръбначни, този процес не настъпва естествено.
Първият успешен експеримент относно клонирането на животни се осъществява изследовател Джон Gurdon в края на 60-те години. XX век. в Оксфордския университет. Учен трансплантира ядро взета от чревните епителни клетки албинос жаба, в неоплодени яйца нормална жаба, чието ядро е унищожена преди. От това яйце учен успя да расте попова лъжичка, а след това се превръща в жаба, която е точно копие на албиноси жаба. По този начин, той бе показан за пръв път, че информацията, която се съдържа в ядрото на всяка клетка е достатъчно за пълното развитие на организма.
Клонирането е обещаващ метод в животновъдството. Например, когато разплод говеда използва следната техника. На ранен етап на развитие, когато ембрионът все още не е специализирана клетки, които зародишът е разделена на няколко части. Всеки фрагмент поставя в приемната (сурогатна) майка може да се развие пълния теле. По този начин е възможно да се създаде множество идентични копия от едно и също животно притежава ценни свойства.
Фиг. 93. Регенерация морска звезда от един лъч
Фиг. 94. клонирането на овцата Доли
За специални цели също е възможно да се клонира отделни клетки за създаване на тъканни култури, които са подходящи медии са в състояние да растат за неопределено време. Клонираните клетки заместват лабораторни животни, като те могат да се изследват ефектите върху живите организми от различни химикали, например фармацевтични продукти.
Когато се клонират растение използва уникална черта на растителните клетки. В началото на 60-те години. XX век. на първо време е показано, че клетките от растения, дори след достигане на зрялост и специализация, при подходящи условия, могат да доведат до цяло растение (фиг. 95). Затова съвременните методи на клетъчно инженерство позволяват избора на растения на клетъчно ниво, т.е.. Е. Не избран възрастни растения, които имат определени свойства, както и клетки, които след това се развиват висок клас растения.
Фиг. 95. етапите на клониране растения (например моркови)
Етични аспекти на биотехнологията. Използването на съвременните биотехнологии е заплаха за човечеството много сериозни въпроси. Може ген вградени в трансгенни доматени растения от ядене плода да мигрират и да се интегрира в генома, например, бактерии, живеещи в човешките черва? Може трансгенни културни растения, устойчиви на хербициди, болести, суша и други стресови фактори в кръстосано опрашване с сродни диви растения преминават същите тези свойства на плевели? Да не се получи в този "супер плевели", която бързо колонизират земеделска земя? Да не попадат случайно изпържи гигант сьомга в открито море, и няма да се прекъсне, ако е в естествения баланс на населението? Дали тялото на трансгенни животни в състояние да издържат на натоварването, който възниква във връзка с експлоатацията на чужди гени? И дали едно лице има право да променя живите организми за тяхно добро?
Тези и много други въпроси, свързани със създаването на генетично модифицирани организми, широко обсъждани от експерти и широката общественост в целия свят. Създадена през всички страни, специални регулаторни органи и Комисията твърдят, че въпреки страховете на вредни въздействия на ГМО върху природата са записани.
Въведение в човешките клетки на чужд генетичен материал може да има негативни последици. Неконтролираното вмъкване чужда ДНК в някои части на генома може да доведе до прекъсване на гените. Рискът от използване на генна терапия при работа с зародишни клетки е много по-висока, отколкото при използване на соматични клетки. При въвеждането на генетични структури в половите клетки може да са нежелани промени в генома на бъдещите поколения. Затова в международните инструменти, ЮНЕСКО, Съвета на Европа, Световната здравна организация (СЗО) е подчертавал, че всяка промяна в човешкия геном може да се направи само на соматичните клетки.
Експериментите в клонирането на животни са създали научната общност и някои сериозни въпроси, чието решаване зависи по-нататъшното развитие на тази област на науката. Овцата Доли е не само получените клонове от шотландски учени. Клонове бяха няколко десетки, и са оцелели само Доли. През последните години, подобряване на техниката на клониране е позволил да се увеличи процентът на оцелелите клонинги, но тяхната смъртност все още е много висока. Въпреки това, има проблем още по-сериозен от научна гледна точка. Въпреки че спечели раждането на Доли, не е ясно реалната биологична възраст, свързани здравословни проблеми, както и относително ранна смърт. Според учените, използването на клетъчно ядро на средна възраст овце донор на шест години, засегнати съдбата на здравето и Доли.
Необходимо е да се подобри значително жизнеспособността на клонирани организми, за да разбера ли използването на специфични техники за очакваната продължителност на живот, здраве и плодородие на животни. Важно е да се сведе до минимум риска от развитие на дефектни реконструирания яйцето.
Активно въвеждане на биотехнологиите в медицината и човешката генетика е довело до появата на специална наука - биоетиката. Биоетика - науката за етично отношение към всички живи неща, включително и човек. Етични стандарти, представени сега са на преден план. Тези морални правила, които човечеството се радва век, за съжаление, не предоставят нови функции носят на живота на съвременната наука. Затова хората трябва да обсъди и приеме нови закони, които да вземат предвид новите реалности на живота.
Преглед Въпроси и задачи
1. Какво е биотехнологиите?
2. Какви проблеми се решават чрез генно инженерство? Какви са трудностите, свързани научни изследвания в тази област?
3. Защо смятате, че изборът на микроорганизми става сега от първостепенно значение?
4. Дай примери промишленото производство и използване на метаболитни продукти на микроорганизми.
5. Какви са наречени трансгенни организми?
6. Какви са предимствата на клонирането в сравнение с традиционните методи на размножаване?
Въпроси за дискусия
"Тялото - едно цяло. Разнообразието от организми "
1. Защо смятате, че досега науката не знае точния брой на видове организми, живеещи на нашата планета?
2. В клетките на някои организми съществуват органели специално предназначение? Какви са функциите, които те изпълняват?
"Метаболизма и преобразуване на енергия"
1. Как са фотосинтеза и на проблема с осигуряването на прехраната на населението в света?
2. Обяснете защо консумацията на големи количества храна води до затлъстяване.
3. Защо е обмяната на енергия не може да съществува без пластмасовия метаболизма?
4. Може ли да се приеме, че фотосинтезата включва едновременно два процеса - асимилация и дисимилация?
5. Дайте примери за използването на функциите на метаболизма на живите организми в медицината, селското стопанство и други отрасли.
1. Какво мислите, каква е ползата от двойно оплождане в покритосеменни сравнение с оплождане в голосеменни?
2. Защо се вегетативно размножаване не проявява разделяне атрибути в поколението на хибриди?
4. Тялото е разработен от неоплодена яйцеклетка. Има наследствени черти си точно копие на родителя признаци на тялото?
5. Какво мислите, каква форма на размножаване осигурява по-добра адаптивност към променящата се среда?
"Индивидуалното развитие (онтогенията)"
1. Защо равностойността в началото на развитието на половите клетки образуват различни тъкани и органи с различни свойства?
2. Каква е стойността да се адаптират към условията на живот е развитието на трансформация?
3. Какво е значението на човешката еволюция има удължение prereproductive период?
4. За някои организми понятието "клетъчния цикъл" и "онтогенезата" мач?
"Наследственост и изменчивост"
1. Каква е диплоиден предимство в сравнение с хаплоиден държавата?
2. Създаване и решаване на проблеми на monohybrid и две хибридни кръстоски.
4. Обяснете на позицията на генетиката защо мъжете са по-далтонист от женските.
5. Какво мислите, дали факторите на околната среда оказват влияние върху развитието на организма, носещ смъртоносна мутация?
6. Какво бихте предложили експеримент, за да докаже, генетически обусловени поведенчески реакции?
7. Какво мислите, каква е опасността от тясно свързани бракове?
9. Защо е човешкият икономическата активност увеличава мутагенен ефект на средата?
10. Може ли комбинативна изменчивост се случи при липса на полово размножаване?
"Основи на избор. биотехнологии "
1. Какви прилики и разлики между методите на размножаването на растенията и животните?
2. Защо всеки регион се нуждае от разнообразие от растения и животни?
3. От голямото разнообразие на животински видове, които обитават Земята, човекът избран за опитомяването на относително малко видове. Какво мислите, какво е обяснението?