Методы биотехнологии

Содержание.

 

Введение……………………………...……………………………………….….…2

1.Методы биотехнологии…………………………………………………….….…3

а) Клеточная инженерия………………………………………………………...3

б) Генная инженерия………………………………………………………….…6

в) Клонирование…………………………………………………………...….…6

2.Будущее цивилизации…………………….………………………………….…...8

3.Заключение…………………………………………………………………….…12

4.Список используемой литературы………………………………………….......14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

Биология – это наука, которая в наши дни активно развивается и огромные надежды возлагает именно на биотехнологии. Сейчас методы биотехнологии внедряются в промышленность, сельское хозяйство и медицину. Генетическая инженерия, клеточная инженерия и конечно клонирование наиболее актуальны в XXI веке. Я выбрала  именно эту тему для своей работы, так как хочется узнать больше о методах  биотехнонологии и её значении для человека.

Биотехнология  (от греч. bios — жизнь, techne — искусство, мастерство и logos — слово, учение), использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Биотехнология — междисциплинарная область, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук. С развитием биотехнологии связывают решение глобальных проблем человечества — ликвидацию нехватки продовольствия, энергии, минеральных ресурсов, улучшение состояния здравоохранения и качества окружающей среды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Методы биотехнологии.          

 

а) Клеточная инженерия- это создание клеток нового типа на основе их гибридизации, реконструкции и культивирования.

• Гибридизация соматических клеток.

В основе метода лежит слияние клеток, в результате чего образуются гетерокарионы, содержащие ядра обоих родительских типов. Образовавшиеся гетерокарионы дают начало двум одноядерным гибридным клеткам. В 1965 английский ученый Г. Харрис впервые получил гетерокарионы, образованные клетками мыши и человека. Такую искусственную гибридизацию можно осуществлять между соматическими клетками, принадлежащими далеким в систематическом отношении организмам и даже между растительными и животными клетками.

Гибридизация соматических клеток животных сыграла важную роль в исследовании механизмов реактивации генома покоящейся клетки и степени фенотипического проявления (экспрессивности) отдельных генов, клеточного деления, в картировании генов в хромосомах человека, в анализе причин злокачественного перерождения клеток. С помощью этого метода созданы гибриды, используемые для получения моноклональных (однородных) антител.

Первый межвидовой гибрид при слиянии протопластов из клеток разных видов табака был получен в 1972 П. Карлсоном (США). Гибриды, полученные при слиянии протопластов, имеют важные отличия от половых гибридов поскольку несут цитоплазму обоих родителей. Возможно создание гибридов, наследующих ядерные гены одного из родителей наряду с цитоплазматическими генами обоих родителей.Особый интерес представляют гибриды растений, несущие цитоплазматические гены устойчивости к различным патогенам и стрессорным факторам от дикорастущих видов или цитоплазматические гены мужской стерильности. Слияние протопластов используют также для получения гибридов с ценными в хозяйственном отношении свойствами между отдаленными видами, которые плохо или вообще не скрещиваются обычным путем. Удалось, например, «ресинтезировать» рапс, являющийся естественным амфидиплоидом между турнепсом и капустой, получить соматический гибрид картофеля с томатами и т. д. При слиянии протопластов создают и новые клеточные линии-продуценты важных соединений.

• Реконструкция клеток

Одним из способов модификации клеток является введение в них индивидуальных генов, т.е. метод генетической инженерии. Встраивание активного гена на место отсутствующего или поврежденного открывает путь для лечения генетических заболеваний человека. Изменять свойства клеток можно, вводя клеточные органеллы (ядра, хлоропласты), изолированные из одних клеток, в протопласты других клеток. Так, одним из путей активизации фотосинтеза растительной клетки может служить введение в нее высокоэффективных хлоропластов.

Искусственные ассоциации растительных клеток с микроорганизмами используют для моделирования на клеточном уровне природных симбиотических отношений, играющих важную роль в обеспечении растений азотным питанием в природных экосистемах. Рассматривается возможность придания растениям способности к фиксации молекулярного азота  при введении в них целых клеток азотфиксирующих микроорганизмов. Реконструкцию клеток проводят также при слиянии клеточных фрагментов (безъядерных, кариопластов с ядром, микроклеток, содержащих лишь часть генома интактной клетки) друг с другом или с интактными (неповрежденными) клетками. В результате получают клетки с различными свойствами, например, гибриды, либо клетки с ядром и цитоплазмой от разных родителей. Такие конструкции используют для изучения влияния цитоплазмы в регуляции активности ядра.

• Улучшение растений и животных на основе клеточных технологий.

Выращиваемые на искусственных питательных средах клетки и ткани растений составляют основу разнообразных технологий в сельском хозяйстве. Одни из них направлены на получение идентичных исходной форме растений. Другие — на создание растений, генетически отличных от исходных. В первом случае используют искусственное оплодотворение, культуру незрелых гибридных семяпочек и зародышей, регенерацию растений из тканей летальных гибридов, гаплоидные растения, полученные при культивировании пыльников или микроспор. Во втором — новые формы растений создаются на основе мутантов. Таким путем получены растения, устойчивые к вирусам и другим патогенам, гербицидам, растения, способные синтезировать токсины, патогенные для насекомых-вредителей, растения с чужеродными генами, контролирующими синтез белков холодоустойчивости и белков с улучшенным аминокислотным составом, растения с измененным балансом фитогормонов и т. д.

Важную роль в животноводстве сыграла разработка методов длительного хранения спермы в замороженном состоянии и искусственного осеменения. Реально же развернулись исследования по клеточной и генной инженерии на млекопитающих. Генетическое улучшение животных связано с разработкой технологии трансплантации эмбрионов. Клеточная инженерия позволяет конструировать клетки нового типа с помощью мутационного процесса гибридизации и, более того, комбинировать отдельные фрагменты разных клеток, клетки различных видов относящиеся не только к разным родам, семействам, но и царствам. Клеточная инженерия – широко используется в селекции растений. Выведены гибриды томата и картофеля, яблони и вишни. Регенерированные из таких клеток растения с измененной наследственностью позволяют синтезировать новые формы, сорта, обладающие полезными свойствами и устойчивые к неблагоприятным условиям и болезням. Этот метод и широко используется для «спасения» ценных сортов, пораженных вирусными болезнями.

 

б) Генная инженерия.

Высшим достижением современной биотехнологии является генетическая трансформация, перенос чужеродных генов и других материальных носителей наследственности в клетки растений, животных и микроорганизмов, получение трансгенных организмов с новыми или усиленными свойствами и признаками. По своим целям и возможностям в перспективе это направление является стратегическим. Оно позволяет решать коренные задачи селекции биологических объектов на устойчивость, высокую продуктивность и качество продукции при оздоровлении экологической обстановки во всех видах производств. Однако для достижения этих целей предстоит преодолеть огромные трудности в повышении эффективности генетической трансформации и прежде всего в идентификации генов, создании их банков клонирования, расшифровке механизмов полигонной детерминации признаков и свойств биологических объектов, обеспечении высокой экспрессии генов и создании надежных векторных систем. Очевидна роль генетики и в изучении наследственных болезней человека и способов их профилактики, лечения, а так же путем предотвращения вредного воздействия на наследственность физических и химических факторов окружающей среды.

в)  Клонирование.

Клонирование – получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения. По-другому определение клонирования звучит так “Клонирование - это процесс изготовления генетически идентичных копий отдельной клетки или организма”. То есть эти организмы похожи не только внешне, но и генетический код, заложенный в них, одинаков. Возможности клонирования открывают новые перспективы для садоводов-огородников, фермеров-животноводов, а также для его медицинского применения.

Одной из главных задач в данной области является создание коров, в молоке которых будет содержаться сыворотка человеческого алгаомина. Эта сыворотка используется для лечения ожогов и иных травм, и мировая потребность в ней составляет от 500 до 600 тон в год. Это одно направление. Второе – создание органов животных, которые можно будет использовать для трансплантации человеку. Во всех странах существует серьезный недостаток донорских органов: почек, сердец, поджелудочных желез, печени. Путём клонирования можно получать животных с высокой продуктивностью  яиц, молока, шерсти или таких животных, которые выделяют нужные человеку ферменты (инсулин, интерферон, химозин). Человеческие ферменты можно получать и более простым способом: взяв нужную клетку крови человека, клонировать её и вырастить клеточную культуру, которая в лабораторных условиях будет производить нужный фермент. Комбинируя методы генной инженерии с клонированием, можно вывести трансгенные сельскохозяйственные растения.

Немало спекуляций и домыслов появилось в последнее время относительно нового способа "изготовления" людей путем клонирования. Тут и страхи появления нового Гитлера и ему подобных, и рассуждения в духе апокалипсиса о том, что в будущем клоны вытеснят и уничтожат "нормальных людей", и другие тому подобные ужасы. За всю историю человечество сотворило немало глупостей, но возможный запрет клонирования рискует побить все рекорды. Ибо оно, клонирование, не просто гуманно по своей сути, но способно кардинально решить такие проблемы, как трансплантация органов, возможность иметь детей при самых тяжелых случаях бесплодия и одиноким людям, а также шанс потерявшим ребенка родителям хоть немного смягчить свое горе, воспитывая двойника. Трансплантация клонируемых органов способна спасти миллионы людей, умирающих по всему свету из-за дефицита органов, который создается, кстати, из-за всевозможных ограничений, навязанных "моралистами": целостность трупа и его неприкосновенность после смерти. Вторым важным следствием трансплантации клонируемых частей тела может стать пересадка утраченных органов: рук, ног, глаз и т.д. Лишить людей надежды забыть про инвалидность и стать нормальными людьми - разве это не в высшей степени негуманно? 

 

2. Будущее цивилизации.

 

Удивительными открытиями в науке и грандиозным научно-техническим прогрессом ознаменовался XX век, однако научно-технический прогресс в настоящем виде имеет негативные стороны: исчерпание ископаемых ресурсов загрязнение окружающей среды, исчезновение многих видов растений и животных, глобальное изменение климата, появление озоновых дыр над полюсами Земли и т.д. Ясно, что такой путь ведёт в тупик. Нужно принципиальное изменение вектора развития. Биотехнология может внести решающий вклад в решение глобальных проблем человечества

Использование биотехнологических методов для охраны окружающей среды, в частности атмосферы, является весьма перспективным. Привлекательными аспектами являются весьма низкие, по сравнению с другими методами, капитальные и эксплуатационные затраты, а так же простота, надежность и отсутствие источников вторичного загрязнения.

В последнее время жители ряда европейских городов всё чаще обнаруживают установленные в самых, казалось бы, не подходящих местах цветочные горшки, причём с растениями, которые трудно назвать декоративными. Прохожие недоумевают, но всё объясняется просто: это так называемые биоиндикаторы, а установлены они в рамках проекта "Euro-Bionet" - программы, цель которой состоит в мониторинге состояния воздуха в европейских городах. Недавно в Штутгартском университете были подведены промежуточные итоги этого длящегося вот уже 4 года проекта. В его основе - идея использовать для экологического мониторинга биоиндикаторы, то есть растения, реагирующие на присутствие в атмосфере тех или иных вредных примесей.

Сегодня учёные обладают целым набором таких узкоспециализированных растений: табак очень восприимчив к концентрации озона в воздухе, листовая капуста чутко реагирует на содержание углеводородов, злаки позволяют судить о присутствии тяжёлых металлов. Есть растения, выявляющие в атмосфере мутагены, то есть вещества, способствующие изменениям генетической структуры. Кроме того, программа рассчитана и на психологический эффект: появление непривычных растений в неожиданных местах призвано напомнить прохожим о важности экологических проблем.

Институт ГосНИИсинтезбелок разработал установку для очистки газовоздушных выбросов многокомпонентного состава микробиологическим методом на предприятиях химической, химико-фармацевтической, лакокрасочной, полимерной и др. отраслей промышленности. Предлагаемая технология позволяет обезвреживать легко летучие органические вещества, серосодержащие соединения, ароматические и нормальные углеводороды. Обеспечивает эффективность очистки от органических загрязнений при одноступенчатой очистке не менее 97 %; располагать установки на крышах производственных цехов, в непосредственной близости от источника выброса. Гарантирует стабильное качество очищенного и дезодорированного потока, в процессе длительной, постоянной эксплуатации исключает продувку системы и регенерацию биомассы.