Підручники з Біології / Біологія 9 клас / Задорожний Біологія 9 клас 2022 поглиблене

Але людина не може вважатися першовідкривачем технології рекомбінантних ДНК. Такі процеси є дуже давніми і поширеними серед живих організмів. Віруси уражають усі групи живих організмів та інколи випадково переносять гени від одних видів до інших. Цей процес має назву горизонтального перенесення генів. Він відіграє важливу роль в еволюції. Першими перенесення генів почали використовувати бактерії. Цей

процес у них відомий як трансдукція — перенесення бактеріальних генів іншим бактеріям за допомогою бактеріофагів. Трансдукція є одним з основних механізмів обміну генами в прокаріотів. Існує вона не менш ніж три мільярди років.

Історія еукаріотів теж не обійшлася без цієї технології. Походження цитоскелета, без якого неможлива життєдіяльність усіх еукаріотів (у тому числі людини), теж пов’язують із горизонтальним перенесенням генів від бактерій за допомогою вірусів.

Та процес триває й нині. Нещодавні дослідження виявили обмін геном між рисом та просом, і людина не мала до цього жодного стосунку. Також було виявлено перенесення генів від паразитичної бактерії вольбахії до геному її хазяїв — комах і червів. А в однієї з груп коловерток горизонтальне перенесення генів узагалі замінило статевий процес.

В еволюції людини такі перенесення генів також траплялися неодноразово. Докладний аналіз свідчить про те, що 1 % геному людини — це гени вірусів. Однак у більшості випадків вони є генетичним сміттям, оскільки були знешкоджені системами захисту нашого геному. А деякі з цих «сторонніх» генів стали для нас конче необхідними. Саме гени ретровірусів, убудовані в наш геном, забезпечують роботу плаценти й дозволяють нам (як і іншим ссавцям) виношувати дитину в організмі матері.

Технології створення ГМО

Як створюють генетично модифіковані організми

250

Створення генетично модифікованих організмів складається з кількох етапів. Спочатку отримують потрібний ген, вилучаючи його з відповідного організму. Наступним етапом є введення гена до складу вектора. Вектор — це молекула ДНК, зазвичай створена на основі одного з вірусів або бактеріальної плазміди, яка містить ген, потрібний для введення в організм.

Для використання вектор потрібно перенести в організм, який потрібно модифікувати. Це можна зробити кількома різними способами. ДНК просто вводять у ядро клітини шляхом ін’єкції. Його проникнення можна забезпечити, застосувавши електричні розряди, які підвищують проникність клітинної мембрани. Також використовують транспортування векторів у клітину всередині ліпосом (мікрокульок, стінки яких побудовані з ліпідів). А ще можна напряму бомбардувати клітину мікрочастинками золота або ванадію, на поверхню яких нанесено вектори.

Завершується створення генетично модифікованих організмів виявленням клітин, у яких вектор вбудувався в ДНК, а новий ген почав працювати з подальшим їхнім відбором і розмноженням.

Ключова ідея

Генетично модифіковані організми — це організми, генотип яких було змінено за допомогою методів генної інженерії з використанням технології рекомбінантних ДНК. Процеси, аналогічні технологіям створення генетично модифікованих організмів, часто трапляються в природі й існують уже кілька мільярдів років.

Перевірте свої знання

1. Що таке генетично модифіковані організми? 2. Чи відбувається генетична модифікація організмів у природних умовах? 3. Чи потрапляли в процесі еволюції гени інших організмів до геному людини? 4*. Які морально-етичні проблеми може спричинити використання ГМО?

Цікава інформація

Значним досягненням наукової спільноти стало створення генетично модифікованого сорту рису, відомого, як «золотий рис». Завдяки генам із нарцису та бактерії ервінії, цей рис отримав здатність виробляти бета-каротин і став чудовим джерелом вітаміну А.

Щороку у світі через дефіцит цього вітаміну в продуктах харчування помирає від 1 до 2 млн людей. Свою назву цей сорт рису отримав завдяки золотистому кольору своїх насінин.

§ 89. Роль генетичної інженерії в сучасних біотехнологіях і медицині

Поміркуйте

251

Чому розвиток генетичної інженерії розпочався тільки у другій половині ХХ століття?

Згадайте

Що таке біотехнологія?

Які методи використовує сучасна біотехнологія?

Проблеми та перспективи використання технології генетичної інженерії

Питання про перспективу використання генетичної інженерії під час вирощування сільськогосподарської сировини продовжує дискутуватися з- поміж дослідників і споживачів. Серед позитивних аргументів — підвищена врожайність, екологічні переваги, захист від шкідників. З іншого боку, непевність частини споживачів щодо безпечності нових технологій.

Теоретично негативний вплив, наприклад, трансгенних рослин на інші організми можливий через наявність в організмі рослин біологічно активних речовин (інсектициди, фунгіциди та ін.). Вплив цих речовин може бути прямої або опосередкованої дії через трофічні ланцюги. Однак до сьогодні достовірних експериментальних даних про негативний вплив трансгенних рослин, стійких до шкідників, на нецільові організми не отримано. Також за 30 років досліджень не було виявлено достовірних експериментальних даних щодо негативного впливу ГМО на тих, хто споживав їх у їжу.

У Європі модифіковані рослини сої та кукурудзи для виготовлення харчових продуктів дозволено з 1997 року, а харчові ферменти, добавки, одержані в результаті генної інженерії, використовують понад двадцять років. Слід зазначити, що ГМО-продукти є дешевшими, ніж продукти звичайної селекції, і можуть містити корисні для людей сполуки.

Виробництво лікарських препаратів

Без генетично модифікованих організмів, які виробляють лікарські препарати, наразі важко уявити сучасну медицину. Деякі препарати просто неможливо отримати в інший спосіб. Використовують такі ліки вже досить давно. З 1982 року розпочалося масове застосування інсуліну, виробленого генетично модифікованою бактерією.

Крім інсуліну, за допомогою генетично модифікованих організмів виробляють гормон росту, інтерферон, препарати для лікування інфаркту міокарда, препарати для лікування муковісцидозу, низки форм раку та інших захворювань.

Діагностика захворювань

252

Для діагностики захворювань лікарі активно використовують технології генетичної інженерії. Діагностувати таким чином можна інфекційні, спадкові захворювання, а також різні форми раку.

Ця діагностика ґрунтується на розпізнаванні специфічних ділянок нуклеїнових кислот — ДНК або РНК. Такий метод має дуже велику чутливість і високу надійність.

Технологія генної терапії

Генна терапія

Генна терапія — це сукупність технологій, яка забезпечує внесення змін у генетичний апарат соматичних клітин людини. Головне її призначення — лікування спадкових захворювань. Основна ідея — замінити дефектний ген у клітинах на нормальний. Для цього з організму спочатку виділяють клітини, вводять у них здоровий ген і поміщають клітини назад. Таку терапію проводять, наприклад, для гена тимідинкінази у людей із тяжкою формою імунодефіциту.

Генна терапія вже має приклади успішного застосування, але поки що всі ці дослідження є експериментальними. Адже технологія ця складна й потребує докладного вивчення можливих ризиків і негативних наслідків.

253

Використання в сільському господарстві

У сільському господарстві генетично модифіковані рослини в комерційних масштабах використовують із 1994 року. Основний напрям використання — отримання рослин із підвищеною стійкістю до захворювань, шкідників або природних умов. Важливим напрямом є також отримання плодів із покращеною здатністю до зберігання. А найбільш перспективним напрямом використання у тваринництві є отримання молока від генно модифікованих тварин. Це молоко може містити дорогі або рідкісні білки, які застосовують у медицині і які неможливо виробити за допомогою бактерій.

Ключова ідея

Найбільш перспективними напрямами використання генетичної інженерії в сучасних біотехнології й медицині є виробництво лікарських препаратів, генна терапія, діагностика захворювань і виробництво сільськогосподарської продукції. Трансгенні організми можуть мати велике значення для підвищення ефективності сільського господарства та під час досліджень у галузі молекулярної біології. За 30 років досліджень не було отримано достовірних даних щодо негативного впливу ГМО на людину та інші види живих організмів.

Перевірте свої знання

1. Як досягнення генетичної інженерії використовують: а) у наукових дослідженнях; б) у медицині; в) у сільському господарстві? 2. Порівняйте технології класичної селекції і технології створення ГМО. Про які переваги чи які недоліки можна говорити? 3*. Які біологічні та екологічні проблеми можуть виникнути через використання ГМО? 4*. Які морально-етичні проблеми можуть виникнути під час використання технологій генетичної інженерії? 5*. Чи може людство обійтися без використання технологій генетичної інженерії? Відповідь обґрунтуйте.

254

Компетентнісно орієнтовані завдання

1.За допомогою діаграми Венна розподіліть твердження щодо методів селекції рослин і тварин. З’ясуйте, які твердження спільні. Яке значення мають методи селекції для людини?

Твердження:віддалина гібридизація, суміш пилку, підбір плідників за нащадками, аутбриндінг, інбриндінг, індивідуальний добір, поліпоїдія, масовий добір, штучний мутагенез,

2. Використовуючи мережу Інтернет та за допомогою технології SWOT-аналізу, промоніторте сильні та слабкі сторони, можливості та загрози використання ГМО в повсякденній діяльності людини

3.Створіть схему, розмістивши в ній наведені поняття: буряк, гірчиця, Ефіопський центр, кава, капуста, мандарин, Середземноморський центр, соя, Східноазіатський центр, центри походження культурних рослин.

4.Творча робота. Створіть ментальну карту (мапу думок) «Захворювання, які теоретично можна лікувати за допомогою технологій генетичної інженерії». Відповідь обґрунтуйте.

5.Яке значення відіграють біотехнології в галузях діяльності людини: медицина, сільське господарство, енергетика, охорона природи. Наведіть приклади.

255

Узагальнення § 90. Основні загальні властивості живих систем

Поміркуйте

Чому треба вивчати біологію?

Згадайте

Які особливості притаманні живим організмам? Як організми передають спадкову інформацію?

Основні загальні властивості живих систем

Живі системи є досить різноманітними. Але всі вони мають спільні властивості. До таких властивостей належать єдність хімічного складу, наявність обміну речовин і енергії, здатність до саморегуляції, самовідтворення, росту й розвитку, мінливість.

Єдність хімічного складу

Живі системи побудовані на основі органічних молекул. До складу цих молекул входять Карбон, Оксиген, Гідроген, Нітроген, Фосфор і Сульфур. Інші елементи в живих системах трапляються в меншій кількості. Органічні речовини в них представлені нуклеїновими кислотами, білками, ліпідами й вуглеводами.

Наявність обміну речовин

Живі системи є відкритими системами. Тобто вони можуть існувати лише за умови постійного обміну речовиною, енергією й інформацією з навколишнім середовищем. Окрім того, всередині живих систем також відбувається інтенсивний обмін речовин, енергії та інформації між окремими частинами системи (органелами клітин, органами організму, організмами в екосистемі).

Здатність до саморегуляції, росту й розвитку

Живі системи завдяки безперервному обміну речовин і енергії постійно перебувають у стані динамічної рівноваги. Процеси, які відбуваються в них, урівноважують один одного. Наявність обміну речовин також робить можливим ріст і розвиток живих систем. Завдяки потоку енергії, яка через них проходить, вони можуть рости і збільшувати свою складність (розвиватися).

Здатність до самовідтворення, мінливість

Унікальною здатністю живих систем є можливість самовідтворення. Навіть неклітинні форми життя (віруси) здатні за допомогою клітин-хазяїв

256

виробляти свої копії. А з процесами відтворення клітин і багатоклітинних організмів ви докладно ознайомилися в попередніх розділах підручника. Але, якби живі системи тільки самовідтворювалися, їхні розвиток і еволюція були б неможливими. Тому ще одна важлива властивість живих систем — мінливість. Щоразу, коли жива система самовідтворюється, її копія не є абсолютно тотожною. Ці невеликі (а у випадку мутацій і великі) відмінності є матеріалом для еволюції.

Ключова ідея

До основних загальних властивостей живих систем належать єдність хімічного складу, наявність обміну речовин і енергії, здатність до саморегуляції, здатність до самовідтворення, мінливість, здатність до росту й розвитку.

Перевірте свої знання

1. Які об’єкти можна віднести до живих систем? 2. Які загальні властивості мають живі системи? Поясніть на конкретних прикладах. 3. Які переваги надає живим системам здатність до саморегуляції? 4. Які переваги надає живим системам здатність до мінливості? 5. Чому деякі вчені не відносять вірусів до живих організмів?

257