Самостійне заняття 13

Тема: Біотехнологія. Генетична та клітинна інженерія.

Мета: розширити знання студентів щодо біотехнології, біотехнологічних процесів, які дуже широко використовує людство. Виховувати зацікавленість дисципліною, прагнення отримати нові знання самостійно; розвивати духовні і інтелектуальні відчуття.

.

Питання, що виносять на самостійне вивчення:

1 Що таке біотехнологія.

2 Які завдання генетичної інженерії.

3 Що таке клітинна ( тканинна) інженерія.

Література:

1 Біологія (профільний рівень) Межжерін с.В., Межжеріна я.О., Коршевнюк т.В. – к.: „Планета книжок”, 2010 р

2 Біологія (рівень стандарту, академічний рівень) Балан п.Г., Вервес ю.Г., Поліщук в.П. – к.: „Генеза”, 2010 р.

3 Тагліна о.В. Біологія, 10 клас (рівень стандарту, академічний рівень). Підруч, для загальноосв. Навч. Закл.- х.: «Ранок», 2010. – 256 с.

Біотехнологія - су­купність промислових методів, у яких використову­ють живі організми або біологічні процеси. Людина з давніх-давен застосовує біотехнологічні процеси для виробництва різних речовин і харчових продуктів (сирів, молочних продуктів, тіста, пива тощо), але сам термін «біотехнологія» (від грец. біос — життя, технос мистецтво і логос - учення) запровадили лише в 70-х роках XX століття.

У наш час різні види бактерій і грибів використову­ють у мікробіологічній промисловості для виробниц­тва антибіотиків, вітамінів, гормонів, ферментів, кормових білків тощо. У харчовій промисловості висо­копродуктивні штами мікроорганізмів дають змогу збільшити випуск високоякісних продуктів харчуван­ня (кисломолочних, сирів, пива), кормів для тварин ( силос, кормові дріжджі) тощо.

Біотехнологічні процеси застосовують і для очищен­ня навколишнього середовища, зокрема стічних вод і грунту від побутового і промислового забруднення. Методи біологічного очищення ґрунтуються на здат­ності певних видів бактерій розкладати органічні сполуки, які потрапляють у довкілля. Завдяки селекційній роботі створено штами мікроорганізмів здатних розкладати ті сполуки, які природні види не можуть мінералізувати. Для очищення стічних вод природних водойм і ґрунту застосовують властивості деяких організмів накопичувати органічні та неорганічні сполуки або певні хімічні елементи у своїх клітинах (деякі види бактерій, водоростей, найпростіших).

Біотехнологічні процеси враховують і під час розроблення біологічних методів боротьби зі шкідни­ками сільського і лісового господарств, а також парази­тичними і кровосисними видами. Використовуючи штами певних видів мікроорганізмів (бактерій, грибів), виготовляють препарати, які ефективно зни­жують чисельність шкідливих видів, не забруднюючи при цьому довкілля токсичними сполуками. Необ­хідною умовою використання біологічних препаратів у біологічному методі боротьби є їхня безпечність для корисних видів організмів.

Останнім часом у розробці біотехнологічних про­цесів все ширше застосовують методи генетичної і клітинної інженерії, які дають можливість одержати різноманітні сполуки і препарати.

Генетич­на (генна) інженерія — прикладна галузь молекуляр­ної біології, яка розробляє методи перебудови геномів організмів вилученням або введенням окремих генів чи їхніх груп. Генна інженерія здійснює:

- синтез генів поза організмом, видалення з клітин і перебудову окремих генів;

- копіювання і розмноження виділених або синте­зованих генів;

- введення генів або їхніх груп у геном інших організмів;

- експериментальне поєднання різних геномів одній клітині

Для перенесення синтезованих або виділених генів, крім вірусів, використовують і плазміди (переважно одержані з клітин бактерій). Плазміди - позахромосомні фактори спадковості, найчастіше являють собою кільцеві молекули ДНК прокаріотів (наприк­лад, генетичний апарат мітохондрій і хлоропластів).

Об'єктами досліджень генетичної інженерії є пере­важно прокаріоти, хоча вчені працюють і з генами еукаріотів. Наприклад, у геном бактерій було введе­но гени пацюка і людини, які відповідають за синтез гормону інсуліну, і бактерії почали синтезувати цей гормон. Методами генетичної інженерії одержані білки-інтерферони, які захищають організм людини і тварин від вірусних інфекцій, гормон росту тощо. Що­річно зростає перелік медичних препаратів, одержа­них за допомогою методів генетичної інженерії.

Перед генетичною інженерією, незважаючи на її молодість, відкриваються значні перспективи. Крім розв'язання перелічених вище питань, у майбутньо­му генетична інженерія буде здатна вирішувати і гло­бальніші завдання. Серед них: видалення дефектних алелей на найранніших етапах індивідуального роз­витку і заміна їх нормальними, поєднання в одному геномі генів різних організмів тощо.

Наприклад, перенесення з клітин азотфіксуючих бактерій генів, які відповідають за фіксацію атмосфер­ного азоту, в клітини вищих рослин, значно скоротило б витрати на виробництво і внесення в ґрунт нітрат­них добрив.

Результати досліджень генетичної інженерії мають виняткове значення і для теоретичної біології. Завдя­ки їм зроблено важливі відкриття щодо тонкої будови генів, їхнього функціонування, структури геномів Різних організмів. Подальший розвиток генетичної інженерії пов'язаний зі створенням банків генів, тоб­то колекцій генів різноманітних організмів.

Робота з геномами вищих організмів, крім техніч­них труднощів, пов'язана і з етичними проблемами, втручання в генотип хребетних тварин і особливо лю­дини, навіть із найкращими намірами, може спричи­нити непередбачувані наслідки.

Клітинна (тканинна) інженерія - галузь біотехпології, в якій застосовують методи виділення клітин з організму і перенесення їх на поживні се­редовища, де вони продовжують жити і розмножуватися. Крім того, клітинна інженерія здійснює гібридизацію соматичних клітин організмів різних видів, родів, родин тощо. Тобто здійснює схрещуван­ня організмів, яке неможливо зробити іншим спосо­бом (людини і миші, людини і моркви, курки й дріжджів тощо). Гібридизація нестатевих клітин дає змогу створювати препарати, які підвищують стійкість організмів проти різних інфекцій, а також лікують ракові захворювання.

Наприклад, гібридизацією клітин, здатних виробляти певні антитіла, з раковими одержано гібридні клітини. Найпродук­тивніші з цих клітин переносили на поживні середовища і вирощували культури, які виробляли антитіла.

Завдяки вирощуванню нестатевих клітин певних видів організмів на поживному середовищі створюють культуру клітин (тканин) для отримання цінних речовин, що значно знижує собівартість лікарських препаратів (наприклад, препарати лікарської росли­ни женьшеню). Оскільки нестатеві клітини, як пра­вило, містять усю спадкову інформацію про організм, то існує можливість вирощувати з них значну кількість організмів з однаковими спадковими властивостями.

Перспективним напрямом клітинної інженерії є клонування організмів.

Клон (від грец. клон - гілка, нащадок) - сукупність клітин або особин, які виник­ли від спільного предка нестатевим способом. Отже, клон складається з однорідних у генетичному відно­шенні клітин або організмів.

При клонуванні з незаплідненої яйцеклітини ви­даляють ядро і пересаджують у неї ядро нестатевої клітини іншої особини. Таку штучну зиготу переса­джують у матку самки, де зародок і розвивається. Ця методика дає можливість одержувати від цінних за своїми якостями плідників необмежену кількість нащадків, які є їхньою точною генетичною копією. Методом клонування вирощують різні організми.

Питання для самоконтролю:

1 Що таке біотехнологія? Яке її значення в житті людини?

2 Що таке генетична інженерія? Які методики вона викорис­товує у своїх дослідженнях?

3 Які завдання постають перед клітинною (тканинною) інженерією?

4 На яких рівнях органі­зації живої матерії проводять дослідження в галузі генетичної та клітинної інженерії?

5 Що таке клонування клітин або організмів ?