Биотехнология, ее достижения и перспективы развития

Биотехнология, ее достижения и перспективы развития.

• Биотехнология  – производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью биологических объектов и процессов. (Появление термина “биотехнология” в 1970-х гг. связано с успехами молекулярной генетики .)

• БИОТЕХНОЛОГИЯ. Химическая бионика. Бионика - это использование секретов живой природы с целью создания более совершенных технических устройств. В широком смысле биотехнология - это использование живых организмов и биологических процессов в производстве, т.е. производство необходимых для человека веществ с использованием достижений микробиологии, биохимии и технологии, в которых используются бактерии, микроорганизмы и клетки различных тканей.

• Микроб, этот гадкий утенок первых лет эпидемиологии, благодаря успехам науки и техники, достижениям человеческого гения, превратился в прекрасного лебедя генетической инженерии современной биотехнологии и индустрии живых клеток. Б.Я. Нейман

•   Микроорганизмы характеризуются большой скоростью размножения, часто путем простого деления пополам.
• Например:  бактериальная клетка в благоприятных условиях делится пополам через каждые 20-25 минут.
• 2.  Разнообразны по физиологическим и биохимическим свойствам, некоторые живут в условиях, не пригодных для жизни других.
• Например:  выдерживают высокий уровень радиации, высокие (75–105°С) и низкие (-80°С) температуры, концентрацию хлорида натрия до 30%, отсутствие кислорода (анаэробы).

• 3.  Очень продуктивны.
• Например:  1 корова массой 500 кг вырабатывает в сутки 0,5 кг белка. 500 кг растений – 5 кг белка. 500 кг дрожжей – 50 т белка (а это масса 10 слонов!)
• !  При определенных условиях микробная клетка способна за равное время продуцировать в 100 000 раз больше белка, чем животная клетка. При этом использует дешевые вещества (крахмальные растворы, сточные воды).
• 4.  Чрезвычайная приспособляемость, т.е. их можно быстро и легко селекционировать

• Например:  чтобы получить новый сорт хлебного злака, необходимы десятилетия или даже столетия, а у кистевидной плесени всего за 30 лет удалось в 1000 раз повысить продуктивность.
• 5.  Микроорганизмы повсеместно распространены в природе, играют важную роль в круговороте веществ (благодаря большому разнообразию микроорганизмы бывают автотрофами, хемоавтотрофами и гетеротрофами, в трофических цепях часто являются редуцентами).

• Отрасли современной биотехнологии :

• Пищевая промышленность.
• Химическая промышленность.
• Металлургия.
• Сельское хозяйство.
• Охрана природы
• Хлебопечение, Виноделие,

• Сыроварение, получение молочно-кислых продуктов, уксуса, кормовых белков.
• Производство антибиотиков, витаминов, гормонов, аминокислот, синтетических вакцин, получение метана как топлива.
• Выщелачивание некоторых металлов из бедных руд (медь, уран, золото, серебро).
• Производство силоса и азотфиксаторов, биологическая защита растений.
• Очистка сточных вод. Ликвидация разлива нефти.

• Методы биотехнологии:
• 1) Клеточная инженери я  – метод получения новых клеток и тканей на искусственной питательной среде. В основе метода лежит высокая способность живых культур к регенерации.
• 1-ый метод – Культивирование.  Метод основан на способности клеток растений и животных делиться при помещении их в питательную среду, где содержатся все необходимые для жизнедеятельности вещества..
• Например:  Культура клеток женьшеня нарабатывает ценные для человека вещества, выращенные клетки кожи используют для лечения ожогов.

• 2-ой метод – Реконструкция  (метод “in vitro”– в пробирке). Помещая клетки растений в определенные питательные среды, размножают редкие и ценные виды. Это позволяет создавать безвирусные культуры редких растений.
• 3-ий метод – Клонирование.  Метод пересадки ядер соматических клеток в яйцеклетки позволяет получать генетические копии одного организма.

• 2) Хромосомная инженерия
• 1-ый метод– Метод гаплоидов.  Метод основан на выращивании гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом. Всего за 2–3 года получают полностью гомозиготные растения вместо 6–8 лет инбридинга.
• 2-ой метод-Метод полиплоидов.  Получение полиплоидных растений в результате кратного увеличения хромосом
• 3-ий метод -замена некоторых хромосом в геноме одного организма на сестринские из генома другого организма этого же или близкого вида.

• 3 ) Генная инженерия  – основана на выделении (или на искусственном синтезе) нужного вида из генома одного организма и введении его в геном другого организма, зачастую далекому по происхождению (впервые процесс был проведен в 1969 году).
• Например:  Излюбленный объект генных инженеров – кишечная палочка. С помощью нее получают соматотропин (гормон роста), интерферон (белок, помогает справиться со многими вирусными инфекциями), инсулин (гормон поджелудочной железы)
• Растения и животные, геном которых изменен с помощью подобных операций, называют трансгенными.

• В 1983 в США, Бельгии и Германии впервые получены трансгенные растения.
• Сейчас – 17 стран выращивают трансгенные растения, которые имеют необходимые для человека сроки созревания, их плоды обладают способностью к длительному хранению и не теряют товарный вид при транспортировке.

• Уже получены трансгенные свиньи, овцы и кролики в геном которых были введены гены различного происхождения – вирусов, микроорганизмов, грибов, человека; получены трансгенные растения с генами животных, микроорганизмов, вирусов и искусственно созданными генами. Большая часть трансгенных культур выращивается в США.

• Например:  Китай – табак, рис, соя, томаты, быстрорастущие сорта, которые могут расти на засоленных почвах.
• США – хлопчатник, кукуруза, картофель – устойчивы к вредителям, так как эти растения вырабатывают энтомоксин

• Генетики работают над получением растений-вакцин, т.е. растений, содержащих готовые антитела на различные заболевания или вещества, препятствующие развитию болезни.
• Например:  картофель вырабатывает антитела холеры (Россия). Красный помидор содержит в 3,5 раза больше ликонина (красный пигмент). Ликонин, обладая окислительными свойствами, снижает вероятность раковых заболеваний (США).

• IV. Этические аспекты развития некоторых исследований в биотехнологии.
• – Клонирование человека. – Создание генетически модифицированных штаммов вирусов и бактерий. Клони́рование челове́ка  — прогнозируемая методология, заключающаяся в создании эмбриона и последующем выращивании из эмбриона людей, имеющих генотип того или иного индивида, ныне существующего или ранее существовавшего.