Biotechnologija – mokslas, tiriantis galimybę panaudoti gyvus organizmus ar jų medžiagų apykaitos produktus sprendžiant tam tikras technologines problemas.

Biotechnologijų pagalba tenkinami tam tikri žmogaus poreikiai, pavyzdžiui: vaistų kūrimas, modifikavimas ar naujų augalų ir gyvūnų rūšių kūrimas, o tai padidina maisto produktų kokybę.

Biotechnologijos šiuolaikinėje medicinoje

Biotechnologijos, kaip mokslas, įsitvirtino XX amžiaus pabaigoje, būtent aštuntojo dešimtmečio pradžioje. Viskas prasidėjo nuo genų inžinerijos, kai mokslininkams pavyko perkelti genetinę medžiagą iš vieno organizmo į kitą, nevykdydami seksualinių procesų. Tam buvo naudojama rekombinantinė DNR arba rDNR. Šis metodas naudojamas konkretaus organizmo pakeitimui ar tobulinimui.

Norėdami sukurti rDNR molekulę, jums reikia:

• išgauti DNR molekulę iš gyvūno ar augalo ląstelės;
• apdoroti išskirtą ląstelę ir plazmidę, tada jas sumaišyti;
• tada modifikuota plazmidė perkeliama į bakteriją, kuri savo ruožtu padaugina į ją įvestos informacijos kopijas.

Medicinos biotechnologijos skirstomos į 2 dideles grupes:

1. Diagnostinė, kurios, savo ruožtu, yra: cheminės (diagnostinių medžiagų ir medžiagų apykaitos parametrų nustatymas); fizinis (fizinių kūno laukų nustatymas);
2. Vaistinės.

Medicinos biotechnologija apima tokius gamybos procesus, kurių metu sukuriami medicininiai biologiniai objektai ar medžiagos. Tai fermentai, vitaminai, antibiotikai, atskiri mikrobiniai polisacharidai, kurie gali būti naudojami kaip savarankiški agentai arba kaip pagalbinės medžiagos kuriant įvairias dozavimo formas, aminorūgštis.

Taigi naudojami biotechnologiniai metodai:

• žmogaus insulino gamybai naudojant genetiškai modifikuotas bakterijas;
• sukurti eritropoetiną (hormoną, skatinantį raudonųjų kraujo kūnelių susidarymą kaulų čiulpuose).

Medicininė genetika ateityje galės ne tik užkirsti kelią ydingų vaikų gimimui diagnozuojant genetines ligas, bet ir atlikti genų transplantaciją esamai problemai išspręsti.

Biotechnologijos ateityje suteiks žmonijai milžiniškų galimybių ne tik medicinoje, bet ir kitose šiuolaikinio mokslo srityse.

Biotechnologijos šiuolaikiniame moksle

Biotechnologijos šiuolaikiniame moksle yra labai naudingos. Dėl genų inžinerijos atradimo tapo įmanoma sukurti naujas augalų ir gyvūnų veisles, kurios bus naudingos žemės ūkiui.

Biotechnologijos studijos siejamos ne tik su biologijos mokslais. Mikroelektronikoje buvo sukurti jonų selektyvūs tranzistoriai, pagrįsti lauko efektu (HpaI). Biotechnologijos yra būtinos siekiant pagerinti naftos išgavimą iš naftos rezervuarų. Labiausiai išvystyta sritis yra biotechnologijų panaudojimas ekologijoje pramoninėms ir buitinėms nuotekoms valyti. Daugelis kitų disciplinų prisidėjo prie biotechnologijų plėtros, todėl biotechnologiją reikėtų priskirti prie sudėtingų mokslų.

Kita aktyvaus biotechnologijų studijų ir žinių tobulinimo priežastis buvo socialinių ir ekonominių poreikių trūkumas (arba būsimas deficitas).

Pasaulyje yra tokių problemų kaip:

• gėlo arba išvalyto vandens trūkumas (kai kuriose šalyse);
• aplinkos užterštumas įvairiomis cheminėmis medžiagomis;
• energijos išteklių trūkumas;
• poreikis tobulinti ir gauti visiškai naujas aplinkai nekenksmingas medžiagas ir gaminius;
• pagerinti medicinos lygį.

Mokslininkai įsitikinę, kad šias ir daugelį kitų problemų galima išspręsti biotechnologijų pagalba.

Pagrindiniai standartiniai šiuolaikinės biotechnologijos technologiniai metodai

Biotechnologiją galima išskirti ne tik kaip mokslą, bet ir kaip praktinės žmogaus veiklos sritį, kuri atsakinga už įvairių rūšių produktų gamybą dalyvaujant gyviems organizmams ar jų ląstelėms.

Teorinis biotechnologijos pagrindas vienu metu buvo toks mokslas kaip genetika, tai įvyko XX amžiuje. Tačiau praktiškai biotechnologija buvo pagrįsta mikrobiologine pramone. Mikrobiologijos pramonė savo ruožtu gavo stiprų postūmį vystytis po to, kai buvo atrasti ir aktyviai gaminami antibiotikai.

Objektai, su kuriais dirba biotechnologijos, yra virusai, bakterijos, įvairūs floros ir faunos atstovai, grybai, taip pat organelės ir izoliuotos ląstelės.

Vizualinė biotechnologija. Genetinė ir ląstelių inžinerija

Genetinė ir ląstelių inžinerija kartu su biochemija yra pagrindinės šiuolaikinės biotechnologijos sritys.

Ląstelių inžinerija – tai įvairių gyvų organizmų (augalų, gyvūnų, bakterijų) ląstelių kultivavimas ypatingomis sąlygomis, įvairaus pobūdžio jų tyrimai (kombinavimas, ekstrahavimas ar transplantacija).

Augalų ląstelių inžinerija laikoma sėkmingiausia. Augalų ląstelių inžinerijos pagalba tapo įmanoma paspartinti veisimo procesus, o tai leidžia sukurti naujas žemės ūkio augalų veisles. Dabar naujos veislės vystymas sumažintas nuo 11 metų iki 3-4.

Genetinė (arba genų) inžinerija – tai molekulinės biologijos šaka, nagrinėjanti genų tyrimą ir išskyrimą iš gyvų organizmų ląstelių, po kurių jais manipuliuojama siekiant konkretaus tikslo. Pagrindinės genų inžinerijos priemonės yra fermentai ir vektoriai.

Biotechnologinis klonavimas

Klonavimas yra klonų (ty palikuonių, visiškai identiškų prototipui) gavimo procesas. Pirmasis klonavimo eksperimentas buvo atliktas su augalais, kurie buvo klonuoti vegetatyviniu būdu. Kiekvienas atskiras augalas, susidaręs klonuojant, buvo vadinamas klonu.

Genetikos raidos procese šis terminas pradėtas taikyti ne tik augalams, bet ir genetiniam bakterijų veisimui.

Jau XX amžiaus pabaigoje mokslininkai pradėjo aktyviai diskutuoti apie žmogaus klonavimą. Taip žiniasklaidoje, o vėliau ir literatūroje bei mene pradėta vartoti terminas „klonas“.

Kalbant apie bakterijas, klonavimas yra praktiškai vienintelis dauginimosi būdas. Būtent „klonuojančios bakterijos“ naudojamos tais atvejais, kai procesas yra dirbtinis ir kontroliuojamas žmogaus. Šis terminas netaikomas natūraliam mikroorganizmų dauginimuisi.

Genų inžinerija

Genų inžinerija – tai dirbtiniai mikroorganizmo genotipo pokyčiai, kuriuos sukelia žmogaus įsikišimas, siekiant gauti reikiamų savybių derlių.

Genų inžinerija užsiima ne tik mikroorganizmų, bet ir žmonių tyrimais ir studijomis, aktyviai tiria su imunine sistema ir onkologija susijusias ligas.

Augalų ląstelių biotechnologija

Ląstelių biotechnologija pagrįsta ląstelių, audinių ir protoplastų naudojimu. Norint sėkmingai valdyti ląsteles, būtina jas atskirti nuo augalo ir sudaryti joms visas būtinas sąlygas sėkmingai egzistuoti ir daugintis už augalo kūno ribų. Šis ląstelių auginimo ir dauginimo būdas vadinamas „izoliuota audinių kultūra“ ir įgijo ypatingą reikšmę dėl galimo pritaikymo biotechnologijoje.

Biotechnologijos šiuolaikiniame pasaulyje ir žmogaus gyvenime

Potencialas, kurį biotechnologijos atveria žmogui, yra didelis ne tik fundamentiniame moksle, bet ir kitose veiklos bei žinių srityse. Taikant biotechnologinius metodus tapo įmanoma masinė visų reikalingų baltymų gamyba.

Fermentacijos produktų gavimo procesai tapo daug paprastesni. Ateityje biotechnologijos pagerins gyvūnus ir augalus. Mokslininkai svarsto galimybes kovoti su paveldimomis ligomis naudojant genų inžineriją.

Genų inžinerija, kaip pagrindinė biotechnologijų kryptis, gerokai paspartina maisto, žemės ūkio, energetikos ir aplinkos krizių problemos sprendimą.

Biotechnologijos turi didžiausią įtaką medicinai ir farmacijai. Prognozuojama, kad ateityje bus galima diagnozuoti ir gydyti tas ligas, kurios turi „nepagydomų“ statusą.

Kai kurių biotechnologijų pažangos etiniai aspektai

Paaiškėjus, kad kai kurios mokslinės laboratorijos ne tik atlieka eksperimentus su žmogaus embrionais, bet ir bandė klonuoti žmones, kilo karštų diskusijų šiuo klausimu banga ne tik tarp mokslininkų, bet ir tarp paprastų žmonių.

Biotechnologijų srityje su žmogaus klonavimu susiję du etiniai klausimai:

• terapinis klonavimas (žmogaus embrionų auginimas, siekiant panaudoti jų ląsteles gydymui);
• reprodukcinis klonavimas (žmogaus klonų kūrimas).

Šiuolaikiniai biotechnologijų pasiekimai ir problemos

Biotechnologijų pagalba buvo ir bus gauta daugybė produktų sveikatos apsaugos, žemės ūkio, maisto ir chemijos pramonei. Verta paminėti, kad daugelio produktų nepavyko gauti kitu būdu.

Kalbant apie problemas, pagrindiniai yra etiniai aspektai, susiję su tuo, kad visuomenė neigia ir laiko žmogaus ar žmogaus embriono klonavimą neigiamu.

Biotechnologijos dabartinė padėtis ir perspektyvos

Biotechnologijoje pradėjo aktyviai vystytis žmonijai vertingų medžiagų mikrobinės sintezės pramonė. Tai gali lemti augalų ir gyvūnų maisto tiekimo vaidmens pasiskirstymą mikrobų sintezės link.

Dar viena svarbi ir perspektyvi mokslo kryptis – ekologiškos energijos gavimas naudojant biotechnologijas.

Įmonės, kuriančios naujas biotechnologijas

Žurnalas „Forbes“ pristatė novatoriškiausių pasaulio biotechnologijų įmonių sąrašą, įskaitant tokias kompanijas kaip „Genentech“, „Novartis International AG“, „Merck & Co“, „Pfizer“, „Sanofi“, „Perrigo“. Visos šios įmonės yra tiesiogiai susijusios su farmacija ir vystosi šia kryptimi.

Daugelis įmonių sėkmingai dalyvauja plėtojant Rusijos biotechnologijų rinką:

1. Novartis International AG yra įmonė, užsiimanti vakcinų kūrimu ir vaistų gamyba onkologijos srityje, viena iš įmonių veikia Sankt Peterburge.
2. Pfizer gamina nereceptinius vaistus įvairiose medicinos srityse. „Pfizer“ jau kelerius metus Rusijoje vykdo programą „Daugiau nei švietimas“ pagal sutartis su Maskvos valstybiniu universitetu. M.V. Lomonosovas ir Sankt Peterburgo valstybinė chemijos ir farmacijos akademija.
3. „Sanofi“ yra įmonė, gaminanti vaistus diabetui ir sklerozei gydyti. Rusijoje sėkmingai veikia unikali įmonės įmonė – viso ciklo insulino gamybos įmonė „Sanofi-Aventis Vostok“.

Rusijoje ypatingas vaidmuo skiriamas Skolkovo inovacijų centro biomedicininių technologijų klasteriui, RVC OJSC ir Rusnano OJSC. Įmonės OJSC Akrikhin, LLC Geropharm ir NPF Litech užsiima farmacijos ir medicinos biotechnologijomis. Himraro aukštųjų technologijų centras vienija aukštųjų technologijų organizacijas, vadovaujančias kuriant ir gaminančias novatoriškas 14 įmonių, kurios kuria vaistus, pagrįstus naujausiomis „postgenominėmis“ technologijomis.

Be to, yra jaunų startuolių, kuriančių naujas biotechnologijas:

• „3D Bioprinting Solutions“ naudoja trimatį biospausdinimą organams iš paciento kamieninių ląstelių sukurti;
• „BioMicroGels“ siūlo vandens ir dirvožemio valymo priemones naudojant mikrogelius.
• Biomedicinos holdingas Atlas analizuoja kūno mikrobiotą kaip OhmyGut projekto dalį.

Skaitykite kitus mūsų straipsnius:

Vadovėlis atitinka federalinį valstybinį vidurinio (viso) bendrojo išsilavinimo standartą, yra rekomenduojamas Rusijos Federacijos švietimo ir mokslo ministerijos ir yra įtrauktas į federalinį vadovėlių sąrašą.

Vadovėlis skirtas 10 klasės mokiniams ir skirtas dalyko dėstymui 1 ar 2 valandas per savaitę.

Modernus dizainas, kelių lygių klausimai ir užduotys, papildoma informacija ir galimybė dirbti lygiagrečiai su elektronine programa prisideda prie efektyvaus mokomosios medžiagos įsisavinimo.

Kokia mikrobų atrankos svarba pramonei ir žemės ūkiui?

Biotechnologija – yra organizmų, biologinių sistemų ar biologinių procesų naudojimas pramoninėje gamyboje. Terminas „biotechnologija“ plačiai paplito nuo aštuntojo dešimtmečio vidurio. XX a., nors žmonija nuo neatmenamų laikų naudojo mikroorganizmus kepdama ir vyno gamyboje, gamindama alų ir gamindama sūrius. Bet kokia gamyba, pagrįsta biologiniu procesu, gali būti laikoma biotechnologija. Genetinė, chromosomų ir ląstelių inžinerija, žemės ūkio augalų ir gyvūnų klonavimas yra įvairūs šiuolaikinės biotechnologijos aspektai.

Biotechnologijos leidžia ne tik gauti žmonėms svarbių produktų, tokių kaip antibiotikai ir augimo hormonas, etilo alkoholis ir kefyras, bet ir sukurti organizmus su iš anksto nustatytomis savybėmis daug greičiau nei naudojant tradicinius veisimo būdus. Yra biotechnologiniai procesai, skirti nuotekų valymui, atliekų perdirbimui, naftos išsiliejimo vandens telkiniuose šalinimui, kuro gamybai. Šios technologijos yra pagrįstos tam tikrų mikroorganizmų gyvybinės veiklos ypatybėmis.

Atsirandančios modernios biotechnologijos keičia mūsų visuomenę, atveria naujas galimybes, bet kartu sukuria tam tikras socialines ir etines problemas.

Genų inžinerija. Patogūs biotechnologijų objektai yra mikroorganizmai, turintys gana paprastai sutvarkytą genomą, trumpą gyvavimo ciklą ir daug įvairių fiziologinių bei biocheminių savybių.

Viena iš diabeto priežasčių yra insulino – kasos hormono – trūkumas organizme. Insulino injekcijos, išskirtos iš kiaulių ir galvijų kasos, išgelbėja milijonus gyvybių, tačiau kai kuriems pacientams sukelia alergines reakcijas. Optimalus sprendimas būtų naudoti žmogaus insuliną. Taikant genų inžinerijos metodus, žmogaus insulino genas buvo įterptas į Escherichia coli DNR. Bakterija pradėjo aktyviai sintetinti insuliną. 1982 m. žmogaus insulinas tapo pirmuoju farmaciniu vaistu, pagamintu naudojant genų inžinerijos metodus.

Ryžiai. 107. Šalys, auginančios transgeninius augalus. Beveik visą transgeniniais augalais apsėtą plotą užima keturių augalų genetiškai modifikuotos veislės: sojos pupelės (62 proc.), kukurūzai (24 proc.), medvilnė (9 proc.) ir rapsai (4 proc.). Jau sukurtos transgeninių bulvių, pomidorų, ryžių, tabako, burokėlių ir kitų kultūrų veislės

Šiuo metu augimo hormonas gaunamas panašiu būdu. Žmogaus genas, įterptas į bakterijų genomą, užtikrina hormono sintezę, kurio injekcijos naudojamos gydant nykštukiškumą ir atkuria sergančių vaikų augimą beveik iki normalaus lygio.

Kaip ir bakterijose, naudojant genų inžinerijos metodus, galima pakeisti eukariotinių organizmų paveldimąją medžiagą. Tokie genetiškai persitvarkę organizmai vadinami transgeninis arba genetiškai modifikuoti organizmai(GMO).

Gamtoje yra bakterija, gaminanti toksiną, kuris naikina daugybę kenksmingų vabzdžių. Genas, atsakingas už šio toksino sintezę, buvo išskirtas iš bakterijų genomo ir įterptas į kultūrinių augalų genomą. Iki šiol jau sukurtos kenkėjams atsparios kukurūzų, ryžių, bulvių ir kitų žemės ūkio augalų veislės. Tokių transgeninių augalų, kuriems nereikia naudoti pesticidų, auginimas turi milžiniškų pranašumų, nes, pirma, pesticidai naikina ne tik kenksmingus, bet ir naudingus vabzdžius, antra, daugelis pesticidų kaupiasi aplinkoje ir mutageniškai veikia gyvus organizmus (1 pav.). 107).

Vienas iš pirmųjų sėkmingų genetiškai modifikuotų gyvūnų kūrimo eksperimentų buvo atliktas su pelėmis, kurių genome buvo įterptas žiurkės augimo hormono genas. Dėl to transgeninės pelės augo daug greičiau ir buvo dvigubai didesnės už įprastas peles. Jei ši patirtis turėjo išskirtinai teorinę reikšmę, tai Kanadoje atlikti eksperimentai jau turėjo akivaizdų praktinį pritaikymą. Kanados mokslininkai į lašišos genetinę medžiagą įtraukė kitos žuvies geną, kuris aktyvavo augimo hormono geną. Dėl to lašiša augo 10 kartų greičiau ir priaugo kelis kartus daugiau svorio nei įprastai.

Klonavimas. Vadinamas kelių vieno individo genetinių kopijų sukūrimas nelytinio dauginimosi būdu klonavimas. Daugelyje organizmų šis procesas gali vykti natūraliai, prisiminti vegetatyvinį dauginimąsi augaluose ir suskaidymą kai kuriuose gyvūnuose (). Netyčia nuo jūros žvaigždės nuplėšus rajos gabalėlį, iš jo susidaro naujas pilnavertis organizmas (108 pav.). Stuburiniams gyvūnams šis procesas natūraliai nevyksta.

Pirmąjį sėkmingą gyvūnų klonavimo eksperimentą 60-ųjų pabaigoje atliko mokslininkas Gurdonas. XX amžiuje Oksfordo universitete. Iš albinoso varlės žarnyno epitelio ląstelės paimtą branduolį mokslininkas persodino į paprastos varlės, kurios branduolys anksčiau buvo sunaikintas, neapvaisintą kiaušinėlį. Iš tokio kiaušinio mokslininkui pavyko išauginti buožgalvį, kuris vėliau virto varle, kuri buvo tiksli albinoso varlės kopija. Taigi pirmą kartą buvo parodyta, kad informacijos, esančios bet kurios ląstelės branduolyje, pakanka visaverčio organizmo vystymuisi.

Ryžiai. 108. Jūros žvaigždės atkūrimas iš vieno spindulio

Vėlesni 1996 m. Škotijoje atlikti tyrimai leido sėkmingai klonuoti avelę Dolly iš motinos pieno liaukos epitelio ląstelės (109 pav.).

Atrodo, kad klonavimas yra perspektyvus būdas gyvulininkystėje. Pavyzdžiui, veisiant galvijus, naudojama tokia technika. Ankstyvoje vystymosi stadijoje, kai embriono ląstelės dar nėra specializuotos, embrionas skirstomas į kelias dalis. Iš kiekvieno įtėviai (surogatinei) motinai patalpinto fragmento gali išsivystyti visavertis veršelis. Tokiu būdu galima sukurti daug vienodų vieno gyvūno kopijų su vertingomis savybėmis.

Tam tikriems tikslams atskiros ląstelės taip pat gali būti klonuojamos, sukuriant audinių kultūras, kurios tinkamoje terpėje gali augti neribotą laiką. Klonuotos ląstelės yra laboratorinių gyvūnų pakaitalas, nes jomis galima tirti įvairių cheminių medžiagų, pavyzdžiui, vaistų, poveikį gyviems organizmams.

Augalų klonavimas pasinaudoja unikalia augalų ląstelių savybe. 60-ųjų pradžioje. XX amžiuje pirmą kartą buvo įrodyta, kad augalų ląstelės, net pasiekusios brandą ir specializaciją, tinkamomis sąlygomis gali išauginti visą augalą (110 pav.). Todėl šiuolaikiniai ląstelių inžinerijos metodai leidžia atrinkti augalus ląstelių lygmeniu, t.y., atrinkti ne suaugusius augalus, turinčius tam tikrų savybių, o ląsteles, iš kurių vėliau išauginami pilnaverčiai augalai.

Ryžiai. 109. Avies Dolly klonavimas

Biotechnologijų plėtros etiniai aspektai.Šiuolaikinių biotechnologijų naudojimas žmonijai kelia daug rimtų klausimų. Ar genas, įterptas į transgeninius pomidorų augalus, valgant vaisius, gali migruoti ir integruotis į, pavyzdžiui, žmogaus žarnyne gyvenančių bakterijų genomą? Ar herbicidams, ligoms, sausrai ir kitiems streso veiksniams atsparus transgeninis augalas, kryžmadulkis su giminingais laukiniais augalais, gali perduoti tas pačias savybes piktžolėms? Ar tai nesukels „superpiktžolių“, kurios labai greitai kolonizuos žemės ūkio paskirties žemes? Ar milžiniškų lašišų mailius netyčia atsidurs atviroje jūroje ir ar tai nepažeis natūralios populiacijos pusiausvyros? Ar transgeninių gyvūnų organizmas gali atlaikyti krūvį, atsirandantį dėl svetimų genų veikimo? O ar žmogus turi teisę perdaryti gyvus organizmus savo labui?

Šiuos ir daugelį kitų su genetiškai modifikuotų organizmų kūrimu susijusių klausimų plačiai diskutuoja ekspertai ir viso pasaulio visuomenė. Visose šalyse sukurtos specialios reguliavimo institucijos ir komisijos teigia, kad, nepaisant nerimo, žalingo GMO poveikio gamtai neužfiksuota.

Ryžiai. 110. Augalų klonavimo etapai (naudojant morkų pavyzdį)

1996 metais Europos Taryba priėmė Žmogaus teisių konvenciją naudojant genomo technologijas medicinoje. Dokumente pagrindinis dėmesys skiriamas tokių technologijų naudojimo etikai. Teigiama, kad joks individas negali būti diskriminuojamas remiantis informacija apie jo genomo ypatybes.

Svetimos genetinės medžiagos patekimas į žmogaus ląsteles gali turėti neigiamų pasekmių. Nekontroliuojama svetimos DNR integracija į tam tikras genomo dalis gali sukelti genų funkcijos sutrikimą. Genų terapijos naudojimo rizika dirbant su lytinėmis ląstelėmis yra daug didesnė nei naudojant somatines ląsteles. Į lytines ląsteles įvedant genetines konstrukcijas, gali įvykti nepageidaujamas ateities kartų genomo pokytis. Todėl tarptautiniuose UNESCO, Europos Tarybos ir Pasaulio sveikatos organizacijos (PSO) dokumentuose pabrėžiama, kad bet kokie žmogaus genomo pokyčiai gali būti padaryti tik somatinėse ląstelėse.

Tačiau bene rimčiausi klausimai kyla dėl teoriškai galimo žmogaus klonavimo. Tyrimai žmogaus klonavimo srityje šiandien draudžiami visose šalyse, pirmiausia dėl etinių priežasčių. Asmens, kaip individo, formavimasis grindžiamas ne tik paveldimumu. Ją lemia šeima, socialinė ir kultūrinė aplinka, todėl bet kokiu klonavimu neįmanoma atkurti asmenybės, kaip ir neįmanoma atkurti visų tų auklėjimo ir lavinimo sąlygų, kurios suformavo jos prototipo (branduolių donoro) asmenybę. ). Visos pagrindinės pasaulio religinės konfesijos smerkia bet kokį kišimąsi į žmogaus dauginimosi procesą, reikalaudamos, kad pastojimas ir gimimas turi vykti natūraliai.

Gyvūnų klonavimo eksperimentai mokslo bendruomenei iškėlė nemažai rimtų klausimų, kurių sprendimas lems tolesnę šios mokslo srities raidą. Avis Dolly nebuvo vienintelis škotų mokslininkų gautas klonas. Klonų buvo kelios dešimtys, o gyva liko tik Dolly. Pastaraisiais metais klonavimo technologijų patobulinimai leido padidinti išgyvenusių klonų procentą, tačiau jų mirtingumas vis dar yra labai aukštas. Tačiau yra problema, kuri moksliniu požiūriu yra dar rimtesnė. Nepaisant pergalingo Dolly gimimo, jos tikrasis biologinis amžius, susijusios sveikatos problemos ir palyginti ankstyva mirtis liko neaiškūs. Mokslininkų teigimu, vidutinio amžiaus šešerių metų donorės avies ląstelės branduolio panaudojimas paveikė Dolly likimą ir sveikatą.

Būtina gerokai padidinti klonuotų organizmų gyvybingumą, išsiaiškinti, ar specifinės technikos naudojimas turi įtakos gyvūnų gyvenimo trukmei, sveikatai ir vaisingumui. Labai svarbu sumažinti atkurto kiaušinėlio vystymosi defektų riziką.

Aktyvus biotechnologijų diegimas į mediciną ir žmogaus genetiką paskatino specialaus mokslo – bioetikos – atsiradimą. Bioetika– mokslas apie etišką požiūrį į viską, kas gyva, įskaitant žmogų. Etikos standartai dabar išryškėja. Tie moraliniai įsakymai, kuriais žmonija naudojo šimtmečius, deja, nesuteikia naujų galimybių, kurias į gyvenimą atneša šiuolaikinis mokslas. Todėl žmonės turi diskutuoti ir priimti naujus įstatymus, kurie atsižvelgtų į naujas gyvenimo realijas.

Peržiūrėkite klausimus ir užduotis

1. Kas yra biotechnologija?

2. Kokias problemas sprendžia genų inžinerija? Kokie iššūkiai yra susiję su šios srities tyrimais?

3. Kaip manote, kodėl mikroorganizmų atranka šiais laikais tampa itin svarbia?

4. Pateikite mikroorganizmų atliekų pramoninės gamybos ir naudojimo pavyzdžių.

5. Kokie organizmai vadinami transgeniniais?

6. Koks klonavimo pranašumas prieš tradicinius veisimo metodus?

Pagalvok! Padaryk tai!

1. Kokias perspektyvas atveria transgeninių gyvūnų panaudojimas plėtojant šalies ekonomiką?

2. Ar šiuolaikinė žmonija gali apsieiti be biotechnologijų? Surengti parodą arba pasidaryti sieninį laikraštį „Biotechnologijos: praeitis, dabartis, ateitis“.

3. Organizuokite ir veskite diskusiją tema „Klonavimas: privalumai ir trūkumai“.

4. Pateikite savo racione esančių maisto produktų pavyzdžių, kurie buvo sukurti naudojant biotechnologinius procesus.

5. Įrodykite, kad biologinis vandens valymas yra biotechnologinis procesas.

Darbas kompiuteriu

Žiūrėkite elektroninę paraišką. Išstudijuokite medžiagą ir atlikite užduotis.

Korinio ryšio inžinerija. 70-aisiais Praėjusiame amžiuje ląstelių inžinerija pradėjo aktyviai vystytis biotechnologijų srityje. Ląstelių inžinerija leidžia sukurti naujo tipo ląsteles, paremtas įvairiomis manipuliacijomis, dažniausiai hibridizacija, t.y. originalių ląstelių ar jų branduolių suliejimu. Į vieną iš tiriamų ląstelių įdedamas kito organizmo ląstelei priklausantis branduolys. Susidaro sąlygos, kuriomis šie branduoliai susilieja, o tada įvyksta mitozė ir susidaro dvi monobranduolinės ląstelės, kurių kiekvienoje yra mišri genetinė medžiaga. Pirmą kartą tokį eksperimentą 1965 metais atliko anglų mokslininkas G. Harrisas, sujungęs žmogaus ir pelės ląsteles. Vėliau buvo gauti ištisi organizmai, kurie buvo tarprūšiniai hibridai, gauti ląstelių inžinerijos būdu. Tokie hibridai skiriasi nuo hibridų, gautų lytiškai, tuo, kad juose yra abiejų tėvų citoplazma (atminkite, kad normaliai apvaisinant spermatozoidų citoplazma neprasiskverbia į kiaušialąstę). Ląstelių suliejimas naudojamas hibridams, turintiems naudingų savybių, gaminti tarp tolimų rūšių, kurios paprastai nesikryžmina. Taip pat galima gauti augalų ląstelių hibridų, pernešančių citoplazminius genus (t.y. genus, esančius mitochondrijose ir plastidėse), kurie padidina atsparumą įvairiems žalingiems poveikiams.

Jūsų būsima profesija

1. Kas yra gerontologijos mokslo studijų dalykas? Įvertinkite, kaip šis mokslas išvystytas mūsų šalyje. Ar jūsų regione yra šios srities specialistų?

2. Kokiomis asmeninėmis savybėmis, jūsų nuomone, turėtų pasižymėti medicinos genetikos konsultacijose dirbantys žmonės? Paaiškinkite savo požiūrį.

3. Ką žinote apie profesijas, susijusias su šio skyriaus medžiaga? Internete susiraskite kelių profesijų pavadinimus ir paruoškite trumpą (ne daugiau 7-10 sakinių) žinutę apie jus labiausiai sužavėjusią profesiją. Paaiškinkite savo pasirinkimą.

4. Pasitelkę papildomus informacijos šaltinius išsiaiškinkite, ką tiria embriologas. Kur galima įgyti tokią specialybę?

5. Kokias žinias turėtų turėti veisimo darbe dalyvaujantys specialistai? Paaiškinkite savo požiūrį.

<<< Назад

Pirmyn >>>

Praeitą savaitę Skolkovo mieste vykusios konferencijos „Startup Village“ lankytojai turėjo unikalią galimybę pažvelgti į artimiausią ateitį, kai žmonija, priversta persvarstyti savo mitybą, nemažą dalį baltymų pradės gauti iš vabzdžių.

Viename iš startuolių parodos stendų buvo musių lervų pašarinių baltymų gamintojai, atstovaujantys Lipecko bendrovei „New Biotechnologies“. Kol kas maistas skirtas gyvūnams, tačiau ateityje patiekalai iš vabzdžių, kaip matyti iš daugybės prognozių, nustos egzotika žmonių valgiaraštyje. Išskirtinėmis maistinėmis savybėmis pasižymintį produktą „Startup Village“ išdrįso išbandyti penki drąsuoliai. Svetainės korespondentas nedrįso pasekti jų pavyzdžiu, bet detaliai pasiteiravo ragautojų, koks bus ateities maisto skonis, ir tuo pačiu sužinojo, kad, apsuptos augintojų šilumos ir rūpesčio, musės iš Lipecko tampa. daug vaisingesni nei jų artimieji.

Aleksejus Istominas su „New Biotechnologies“ produktais „Startup Village“. Nuotrauka: svetainė

„New Biotechnologies“ specializuojasi daug baltymų turinčio maisto gamyboje iš džiovintų ir susmulkintų žaliųjų blauzdų lervų, panašių į mechanizmą, kuriuo gamta dirbo milijonus metų. „Gyvūnai, žuvys, paukščiai dauginasi, maitinasi, palieka mėšlą ir išmatas, žūva, o gamta nenuilstamai visa tai apdoroja.. - Musės ant atliekų deda kiaušinėlius, iš kurių atsiranda lervos, kurios išskiria fermentus, greitinančius skilimo ir mineralizacijos procesus. atliekų. Tokiu atveju pačios lervos tampa maistu gyvūnams, žuvims ir paukščiams. O likęs substratas, veikiamas lietaus ir saulės, patenka į dirvą organinių trąšų pavidalu ir prisideda prie spartaus fitomasės, kuri taip pat yra visų gyvų dalykų maistas, augimo. Kitaip tariant, maistinės medžiagos yra perdirbamos, be jokių pesticidų ar nuodų. Tik ekologiška“.

Šį natūralų procesą pasiskolino bendrovė „New Biotechnologies“. Gauta biomasė, musių lervos, turi daug maistinių medžiagų. 50–70 % biomasės sudaro žali baltymai, 20–30 % – žali riebalai, 5–7 % – žalia ląsteliena.

Apibūdindamas teigiamą pašarinių baltymų (komercinis pavadinimas - „Zooprotein“) naudojimo įvairiuose žemės ūkio sektoriuose poveikį, Aleksejus Istominas buvo labai įtikinamas. „Kiaulininkystėje baltymų-lipidų koncentrato naudojimas mikrodozėmis kaip paršelių, kiaulių, šernų raciono priedas leidžia padidinti maisto virškinamumą bei natūralų organizmo atsparumą ligoms ir virusams, padidinti svorio prieaugį, aktyvumą ir. palikuonių“, – maisto iš musių lervų privalumus vardija p. Istominas. - Taip yra dėl to, kad „zooproteinuose“ yra daug fermentų, chitino, melanino ir imunomoduliatorių. Paukštininkystėje mūsų pašarų baltymų įtraukimas į viščiukų broilerių, kalakutų, ančių ir kitų naminių paukščių racioną gali padidinti dienos svorio padidėjimą ir sumažinti pašarų santykį. Vištų dedeklėms padidėja kiaušinių gamyba, padidėja organizmo atsparumas ligoms ir virusams, mažėja mirtingumas. Kailių ūkyje į audinių, arktinių lapių ir lapių pašarus įdėjus „Zooproteiną“, pagerėja kailių kokybė ir sumažėja atstumtų procentas. Gyvūnai turi didesnį kūno ilgį ir krūtinės apimtį, todėl iš jų galima gauti daugiau odų.

Iš kairės į dešinę: paruoštas maistas, džiovintos ir gyvos lervos. Nuotrauka: svetainė

Iš musių pagaminto maisto išvaizda patiks ir augintinių šeimininkams. Pasak Aleksejaus Istomino, „katėms ir šunims lengviau ruja ir lydymasis, padidėja raumenų tonusas ir aktyvumas, kailis tampa tankesnis; gyvūnai mažiau serga“. Į pašarus įmaišius musių lervų baltymų, sveikesni tampa ir paukštiena, ryškėja jų spalva. Akvariumo žuvų mailius vystosi dvigubai greičiau, o jauniklių išgyvenamumas artėja prie 100%.

Stebuklinga technologija atsirado ne iš niekur – jos teoriniai pagrindai prieš pusę amžiaus buvo padėti Visasąjunginiame gyvulininkystės tyrimų institute, taip pat Novosibirsko valstybiniame žemės ūkio institute. Ten laboratorinėmis sąlygomis buvo visapusiškai ištirti pašarų priedai, pagaminti iš musių lervų. Dabar darbas šia kryptimi tęsiamas Novosibirsko valstybiniame agrariniame universitete, pavadintame VNIIZH vardu. Gerai. Ernstas, Ekologijos ir evoliucijos institutas. A.N. Severtsova. Pasak Aleksejaus Istomino, baltyminių pašarų, gautų musių lervoms perdirbus atliekas, naudojimo efektyvumą, palyginti su kitais gyvūniniais baltymais (žuvies ir mėsos bei kaulų miltais), patvirtina tyrimai, atlikti Visos Rusijos tyrimų institute. Gyvulininkystės ir Visos Rusijos mokslinių tyrimų ir technologinio instituto paukštininkystės institutas. Pastebėtina, kad laikui bėgant šios technologijos aktualumas tik auga, nes pasaulis susiduria su dideliu gyvulinių baltymų trūkumu.

„Tai, kas mus vargina, kvepia ir kainuoja daug pinigų, gali padėti ir pasitarnauti šalies žemės ūkiui, atnešant papildomo pelno ir mažinant naštą aplinkai“

Bendrovė „New Biotechnologies“ skaičiuoja 25 mln. tonų; Rusijoje toks pat skaičius yra 1 mln. tonų. Nuo 1961 metų pasaulio gyventojų skaičius išaugo daugiau nei dvigubai, o mėsos suvartojimas pasaulyje išaugo keturis kartus. Prognozuojama, kad iki 2030 m. gyvulinių baltymų suvartojimas pasaulyje padidės 50 proc. Iki šiol žemės ūkyje pagrindiniai jo šaltiniai yra žuvis (žuvų miltai) ir mėsos bei kaulų miltai. „Aukščiausios kokybės žuvų miltai atkeliauja iš Maroko, Mauritanijos ir Čilės, o jų vertė didėja proporcingai logistikos išlaidoms. Žuvies miltų kaina per pastaruosius 15 metų išaugo 8 kartus“, – statistika dalijasi Aleksejus Istominas. – Daugelis žemės ūkio produktų gamintojų atsisako kokybiškų importinių žuvų miltų, o į pigesnius ir prastesnės kokybės analogus, taip pat pereina prie mėsos ir kaulų miltų arba augalinių baltymų, ypač sojos. Augalinių baltymų naudojimas neleidžia pasiekti norimo rezultato - tokie baltymai reikalauja daug žemės išteklių ir negali visiškai pakeisti gyvūninės kilmės baltymų.

Naujųjų biotechnologijų projektas sulaukė ministro pirmininko pavaduotojo Arkadijaus Dvorkovičiaus ir Rostovo srities gubernatoriaus Vasilijaus Golubevo susidomėjimo. Nuotrauka: svetainė

Be ekonominių, šėrimo paradigmai keisti yra ir aplinkosauginės prielaidos. Taigi, norint pagaminti 1 toną miltų, reikia sugauti 5 tonas verslinės žuvies. Atsižvelgiant į tai, kad gyvulinių baltymų poreikis yra didelis, žuvų sugavimas pasiekė reikšmingą lygį (2015 m. – 170 mln. tonų). Ekosistema neturi laiko atgaminti žuvų išteklių jūrose. Gaminant vieną toną žuvų miltų, į atmosferą išmetama beveik 11 tonų anglies dvideginio. Papildomos aplinkosaugos išlaidos šiuo atveju vertinamos 3,5 tūkst. Gaminant vieną toną miltų iš musių lervų, į atmosferą išmetama 5 kartus mažiau CO2. Tai reiškia, kad kiekviena pagaminta musės lervų baltymų tona išsaugo 5 tonas žuvų jūroje.

„Skonis neįprastas, nepanašus į nieką kitą. Tačiau šis baltymas stiprina imuninę sistemą ir skatina raumenų augimą“.

Galvodami apie alternatyvius gyvūninių baltymų šaltinius, mokslininkai atkreipė dėmesį į vabzdžius. Planetoje yra daugiau nei 90 tūkstančių musių rūšių ir kiekviena iš jų minta tam tikromis atliekomis: augalinėmis medžiagomis, mėšlu/kraiku, maisto atliekomis ir kt. „Tai, kas mus vargina, kvepia ir reikalauja didelių sąnaudų – aplinkosaugos, finansinių, energijos – gali padėti ir padėti šalies žemės ūkiui, atnešant papildomo pelno ir mažinant naštą aplinkai“, – sako Aleksejus Istominas. Bent jau bandomoji „New Biotechnologies“ kompanijos gamyba Lipecke įrodo pažadą naudoti technologiją pramoninėmis sąlygomis.

Susmulkinta Liusė

Gerai žinomos metališkai žalios ryškios muselės Lucilia caesar (kompanijoje ši vabzdžių rūšis meiliai vadinama Lucy) yra laikomos specialiuose insektariumuose, gaminamuose Lipecke. Ten gyvena kelios dešimtys milijonų musių. Tai daugeliu atžvilgių unikalūs vabzdžiai. Norėdami pagerinti savo reprodukcinius gebėjimus, mokslininkai daugiau nei dvejus metus atliko kruopštų veisimo darbą, kryžmindami vabzdžius tam tikra technika. Jei gamtoje viena musė sukuria 60 kiaušinių sankabą, tai Lipecke vabzdžių sankaba (taigi ir lervų skaičius bei gaunamas maistas) yra vidutiniškai tris kartus didesnis. „Naujųjų biotechnologijų“ specialistai neatlieka jokių genetinių manipuliacijų su musėmis, mes kalbame apie „tradicinę“ selekciją, – tikina ponas Istominas, rodydamas į narvą, uždengtą stende spiečiančiais vabzdžiais. Vakar buvo tik 6 musės; vos per vieną dieną jų skaičius pasiekė kelis šimtus. Tai tapo įmanoma dėl teisingo lėlių, dar vadinamų puparia, vystymosi ciklo pasirinkimo. Sureguliavome ciklą taip, kad šiandien jų daug daugiau. Rytoj jų skaičius dar labiau išaugs. Šį procesą iš dalies sutrukdė netinkamas oras: optimali temperatūra lėliukui paversti musele yra apie 30 laipsnių. Nors naktį į „Startup Village“ kambarį buvo įnešami vabzdžiai, temperatūra ten buvo žemesnė.

Gamybos vietoje Lipecke musės turi visišką laisvę. Nuotrauka: „Naujos biotechnologijos“.

Gaminant Lipecke musės turi visišką laisvę, kur yra apsaugotos nuo nepalankių sąlygų ir streso. Musės laikomos specialiuose narvuose, kuriuose yra vandens, cukraus, pieno miltelių ir dėžėse su malta mėsa, kur musės deda kiaušinėlius. Sankabos nuimamos kasdien. Gyventojų kokybę ir grynumą kontroliuoja vyriausiasis technologas. Tam parenkamos lervos, kurios specialiomis sąlygomis lėliukės ir laikomos lėliukių pavidalu šaldytuve. Jei reikia, lėliukės dedamos į insektariumo ląsteles, po kurio laiko iš jų išlenda musės.

Kai tik iš kiaušinėlių išnyra lervos, jos perkeliamos į darželį. Maisto substratas ir kiaušinių dėjimas dedami į specialius padėklus ant pjuvenų patalynės. Lervos yra labai nepavaldžios ir greitai auga, jų dydis padidėja iki 350 kartų per dieną. Penėjimo ir aktyvaus augimo laikotarpis yra 3-4 dienos. Tada užaugusios lervos išstumiamos. Taip vadinamas lervų atskyrimo nuo organinio substrato procesas. Po to biomasė išdžiovinama ir siunčiama saugoti.

Musės auga ant mėsos iš paukštyno, esančio netoli nuo bendrovės „Naujų biotechnologijų“ bandomosios gamybos. Lervos, auginamos ant paukštienos, turi didesnį maistinių medžiagų kiekį nei auginamos ant mėšlo ir išmatų. Tuo pačiu metu turi būti daug mėsos atsargų – norint pagaminti 1 kg „Zooproteino“, reikia užauginti 3,5 kg gyvų lervų, o tam reikia 10 kg mėsos atliekų.

Nuo 1961 metų pasaulio gyventojų skaičius išaugo daugiau nei dvigubai, o mėsos suvartojimas pasaulyje išaugo keturis kartus. Prognozuojama, kad iki 2030 m. gyvulinių baltymų suvartojimas pasaulyje padidės 50 proc.

„Vidutinis mirtingumas paukštynuose yra 5% visų gyvulių. Šios rūšies atliekos sukelia daug rūpesčių paukštynams. Tai yra aplinkosaugos (turite perdirbti), finansinės (reikia mokėti už išmetimą) ir organizacinės (surinkti, sandėliuoti, pristatyti, atsižvelgti) klausimai. Todėl mūsų metodo naudojimas yra efektyviausias tiesiogiai paukštyne, todėl paukštienos gamyba yra be atliekų“, – aiškino Aleksejus Istominas. – Apskritai, didėjant žemės ūkio gamybos apimčiai neišvengiamai didėja ir neigiamas poveikis aplinkai. Žemės ūkio ministerijos duomenimis, Rusijoje bendras žemės ūkio atliekomis užterštos žemės plotas viršija 2,4 mln. 2015 metais bendras tokių atliekų kiekis viršijo 380 mln. Šalyje praktiškai nėra žemės ūkio atliekų perdirbimo kultūros. Tokia produkcija skaičiuojama vienetais“.

Bandomoji gamyba Lipecke. Nuotrauka: „Naujos biotechnologijos“

Technologijos pramoninio diegimo sudėtingumą pirmiausia lemia administraciniai ir aplinkos veiksniai. „Užsienyje, ypač Kinijoje ir Indonezijoje, naudojamas baseino („atviras“) metodas“, – aiškina Istominas. – Mūsų sąlygomis tai nepriimtina, nes per savo gyvenimą lervos gamina daug amoniako. Mūsų projekte siūlomas „uždaras“ metodas, naudojant lopšelio spinteles muselėms, turinčias vietinę ištraukiamąją ventiliaciją, mikrobiologinį oro valymo filtrą, specialias žaliavų paruošimo sistemas, infraraudonųjų spindulių džiovinimą. Visa tai leidžia visiškai atitikti aplinkos saugos reikalavimus.“

Lervos yra labai nepavaldžios ir greitai auga, jų dydis padidėja iki 350 kartų per dieną. Nuotrauka: „Naujos biotechnologijos“

Dabar bendrovė „New Biotechnologies“ siekia įgyti Skolkovo gyventojo statusą. Komanda tikisi Fondo pagalbos daugiausia gaminių sertifikavimo srityje. Rusijoje nėra reglamentavimo sistemos, susijusios su atliekų apdorojimo technologijos naudojimo su musių lervomis reglamentavimu, todėl, sako Aleksejus Istominas, „turite būti rafinuotai“. Tuo pačiu metu reguliavimo institucijos nurodo produktų saugumą: Lipecko regioninė veterinarijos laboratorija atlieka gyvosios biomasės tyrimus, kad nustatytų salmonelių buvimą, paukščių psitakozės ir gripo sukėlėjų genomą, kiaušinius ir helmintų lervas. Išdžiovintoje musių lervų biomasėje nustatoma žalių baltymų masės dalis, žalių riebalų masės dalis, drėgmė ir toksiškumas. Tūlos tarpregioninė veterinarijos laboratorija atlieka organinių zoohumuso trąšų tyrimus, siekiant nustatyti patogeninės floros buvimą. Kiekvieno tyrimo rezultatai yra dokumentuojami protokole.

Svetainės pašnekovas įsitikinęs: su vabzdžių baltymų skoniu artimiausiu metu susipažins ne tik gyvūnai, bet ir žmonės. Tokiam požiūriui pritaria vis daugiau specialistų. Taigi, prieš trejus metus JT maisto ir žemės ūkio organizacija paskelbė tyrimą, kuriame teigiama, kad vabzdžių vienu ar kitu laipsniu jau yra 2 milijardų žmonių racione. Ataskaitos autoriai ragino, kad susidorotų su badu ir aplinkos tarša, žmonija turėtų valgyti daugiau vabzdžių.

Be to, kaip liudija asmeninė Aleksejaus Istomin patirtis, tai nėra taip baisu. Jau keletą mėnesių jis į rytinį kokteilį, pagamintą iš pieno, bananų ir kitų tradicinių ingredientų, deda šaukštą vabzdžių baltymų. „Skonis neįprastas, nepanašus į nieką kitą. Bet tai stiprina imuninę sistemą ir skatina raumenų augimą“, – sako Aleksejus.

Baklanovas Michailas ir 8 kiti kaip šis" data-format=" žmonių, kuriems tai patinka" data-configuration="Formatas=%3Ca%20class%3D%27kam patinka%27%3Žmonės%20kam%20patinka%20tai%3C%2Fa%3E" >

Biotechnologijos yra nauja, sparčiai besivystanti biologijos sritis. Biotechnologijų vystymosi etapai. Pagrindinės biotechnologijų kryptys

1Biotechnologija – nauja mokslo ir gamybos šaka, pagrįsta biologinių procesų ir objektų panaudojimu ekonomiškai svarbių medžiagų gamybai bei itin produktyvių augalų, gyvūnų veislių ir mikroorganizmų padermių kūrimui. Tiesiogine prasme biotechnologija yra „biologija + technologija“, tai yra pagrindinių biologinių žinių taikymas praktinėje veikloje, skirtoje vaistų, fermentų, baltymų, dažiklių, aromatinių medžiagų, vitaminų ir daugelio biologiškai aktyvių junginių gamybai. Be to, kalbame apie biotechnologinių metodų panaudojimą atrenkant ir statant iš esmės naujus organizmus, kurių anksčiau gamtoje nebuvo.

Augalų biotechnologija yra savarankiška disciplina, nors pagal savo teorinius ir metodologinius principus gali būti laikoma bendrosios biotechnologijos dalimi. Augalų biotechnologijos specifiką nulemia augalų, kaip ypatingos gyvojo pasaulio karalystės, biologinės savybės.

Istoriškai žmonija visada naudojo augalus gyvybiškai svarbiems produktams gauti. Šia prasme tradicinę augalininkystę ir kitas žemės ūkio technologijas galima priskirti prie biotechnologijų. Tačiau tarp biotechnologijų ir žemės ūkio technologijų yra esminių skirtumų. Kaip žinoma, žemės ūkio technologijos yra susijusios su ištisais augalais ir jų populiacijomis, o biotechnologija remiasi ląstelių kultūros ir jų populiacijų naudojimu.

Vadinasi, pagrindinis augalų biotechnologijos objektas yra atskiros ląstelės ir organai, izoliuoti nuo viso augalo ir auginami už kūno ribų ant dirbtinės maistinės terpės aseptinėmis sąlygomis.

Tokios ląstelės, audiniai, organai, išauginti in vitro, vadinami ląstelių kultūra, audiniais, organais – priklausomai nuo to, kas iš augalo išskiriama ir kultivuojama. Tačiau visi šie auginimo metodai neseniai pradėti vadinti tuo pačiu terminu „augalų ląstelių kultūra“, nes galiausiai kultivuojamas vienetas yra ląstelė.

Ląstelių kultūros kasmet vis plačiau naudojamos įvairiose biologijos, medicinos ir žemės ūkio srityse. Jie naudojami sprendžiant tokias bendrąsias biologines problemas kaip diferenciacijos ir dauginimosi mechanizmų, ląstelių sąveikos su aplinka, adaptacijos, senėjimo, biologinio mobilumo, piktybinės transformacijos ir daugelio kitų išaiškinimas. Ląstelių kultūros atlieka svarbų vaidmenį biotechnologijoje, gaminant vakcinas ir biologiškai aktyvias medžiagas. Jie yra pradinė medžiaga gaminant ląsteles ir yra naudojami ūkinių gyvūnų produktyvumui didinti ir naujoms augalų veislėms veisti. Ląstelių kultūros naudojamos paveldimų ligų diagnostikai ir gydymui, kaip tiriamieji objektai tiriant naujas farmakologines medžiagas, taip pat saugoti nykstančių gyvūnų ir augalų rūšių genofondą.

Biotechnologija – tai kontroliuojama tikslinių produktų, skirtų šalies ūkiui, taip pat medicinai, gamyba, pasitelkiant biologinius veiksnius: mikroorganizmus, gyvūnų ir augalų ląstelių virusus, taip pat ekstraląstelines medžiagas ir ląstelių komponentus. Biotechnologijos turi gilias istorines šaknis ir per pastaruosius 10-15 sparčios plėtros metų išaugo kaip atskira mokslo ir gamybos šaka.

Pagrindiniai biotechnologinio proceso komponentai yra: biologinis agentas, substratas, tikslinis produktas, įranga ir proceso valdymo metodų rinkinys.

Biotechnologijų pramonė yra viena iš sparčiausiai besivystančių ir yra svarbus civilizuotos šalies mokslinių tyrimų potencialo lygio vertinimo kriterijus. Aiškus požymis, kad kita ekonomikos plėtros banga bus pagrįsta įvairiomis biotechnologijų šakomis (žemės ūkio, maisto, medicinos), yra atitinkamų įmonių akcijų kainų dinamika. Dar visai neseniai biotechnologijų verslas mažai kuo išsiskyrė iš bendros aukštųjų technologijų grupės, tačiau kompiuterių magnatų nestabilumas ir nemažai stambių gamtos ištekliais prekiaujančių koncernų pakeitė ekonomikos analitikų nuomonę.

Biotechnologijų įmonių akcijų kotiruotės buvo mažiau jautrios kritimui, nes ląstelių technologijų pagrindu gauti produktai yra nauji ir perspektyvūs. Investicijos į biosektorių lėmė precedento neturinčią technologinę pažangą. Vokietijoje ir Prancūzijoje pradėti plataus masto genetiškai modifikuotų kukurūzų veislių lauko bandymai. Japonijos biotechnologijos sukūrė genetiškai modifikuotus kukurūzus, kurie yra atsparūs vabzdžiams kenkėjams. Keletas kompanijų yra ant slenksčio kurti proveržio vaistus nuo įvairių rūšių vėžio, ypač leukemijos. Prieš trejus metus viena amerikiečių įmonė investavo nemažą pinigų sumą į biotechnologijų laboratoriją Kalifornijoje ir dabar, pasak įmonės atstovų, yra arti priemonių, padedančių pašalinti daugybę rimtų negalavimų, pavyzdžiui, Alzheimerio ligą.

2Biotechnologijos terminas kilęs iš graikiškų žodžių „bios“ ir „techne“. „Bios“ reiškia gyvenimą, „techne“ – sukimąsi, kažką daryti savo rankomis. Tai reiškia, kad biotechnologija – tai gamyba naudojant gyvas būtybes, pramoninių metodų visuma, naudojant gyvus organizmus ir biologinius procesus įvairiems produktams gaminti.

Biotechnologija – tai integruotas biochemijos, mikrobiologijos ir inžinerijos mokslų panaudojimas, siekiant pramoniniu būdu pritaikyti mikroorganizmų, audinių ląstelių kultūrų ir jų dalių galimybes. Biotechnologijos objektai – tai mikrobai (grybai, bakterijos, virusai, pirmuonys) ar kitų organizmų (augalų, gyvūnų) ląstelės, specialios paskirties biologiškai aktyvios medžiagos (imobilizuoti fermentai, katalizuojantys sintezę ar skilimą).

Būdingi biotechnologijų metodai – didelio masto giluminis biologinių objektų kultivavimas periodiniu arba nuolatiniu režimu, augalų ir gyvūnų audinių ląstelių auginimas ypatingomis sąlygomis.

BIOCHEMIJA MIKROBIOLOGIJA CHEMINĖS TECHNOLOGIJOS GENETIKA MECHANINĖ TECHNOLOGIJA BIOTECHNOLOGIJA BIOCHEMINIS MECHANINĖ TECHNOLOGIJA TECHNOLOGIJA ELEKTRONIKA MAISTO TECHNOLOGIJA KITOS PRODUKTŲ DISCIPLINOS 1 pav. Biotechnologijos tarpdiscipliniškumas

3 Biotechnologijų raidą daugiausia lemia mikrobiologijos, biochemijos, enzimologijos ir organizmų genetikos tyrimai. Šiuolaikinė biotechnologija, kaip mokslas, atsirado ketvirtojo dešimtmečio pradžioje ir sparčiai vystėsi nuo 1953 m., po to, kai Jamesas Watsonas ir Francisas Crickas atrado DNR molekulės dvigubos spiralės cheminę struktūrą ir erdvinę struktūrą. Nauja strateginė jos kryptis – genų inžinerija – gimė 1972 m., kai Paulo Bergo laboratorijoje pirmą kartą buvo susintetinta rekombinantinė DNR molekulė, kuri pagaliau užsitikrino biotechnologiją ir jos centrinę grandį – bioinžineriją (branduolinę biologiją) – svarbiausią vietą šiuolaikiniame moksle. .

Žymių biologų G. Boyer, S. Cohen, D. Morr, A. Baev, A. Belozersky, O. Avery, G. Gamow, F. Jacob, J. Monod ir kitų „tarpiniai“ darbai papildė nuoseklias serijas svarbiausi atradimai genų ir fermentų identifikavimo, DNR molekulių išskyrimo iš augalų, mikrobų ir gyvūnų ląstelių, genetinio kodo dekodavimo, genų ekspresijos ir baltymų biosintezės prokariotuose ir eukariotuose mechanizmų srityse.

50-aisiais išryškėjo dar viena svarbi biotechnologijų kryptis – ląstelių inžinerija. Jos įkūrėjai yra P.F White (JAV) ir R. Gautreux (Prancūzija). Vėlesniais metais SSRS Augalų fiziologijos institute, o vėliau Rusijos mokslų akademijoje, vadovaujamame A. A. Kursanovo, R. G. Butenko pradėjo šios srities tyrimus, kuriuose dalyvavo daug jaunų šalies mokslininkų.

Genetinė ir ląstelių inžinerija nulėmė pagrindines šiuolaikinės biotechnologijos kryptis, kurių metodai buvo plačiai išplėtoti devintajame dešimtmetyje ir naudojami daugelyje mokslo ir gamybos sričių mūsų šalyje ir užsienyje.

Biotechnologiją kaip mokslą galima nagrinėti dviem laiko ir esminėmis dimensijomis: moderniąja ir tradicine, klasikine.

Naujausia biotechnologija (bioinžinerija) – tai mokslas apie genų inžineriją ir ląstelinius metodus bei technologijas, skirtus genetiškai transformuotų (modifikuotų) augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų kūrimui ir panaudojimui, siekiant suintensyvinti gamybą ir gauti naujos rūšies įvairios paskirties produktus.

Tradicine, klasikine prasme biotechnologiją galima apibrėžti kaip mokslą apie žemės ūkio ir kitų produktų gamybos, transportavimo, laikymo ir perdirbimo metodus ir technologijas naudojant įprastinius, netransgeninius (natūralius ir veislinius) augalus, gyvūnus ir mikroorganizmus, natūraliomis ir dirbtinėmis sąlygomis.

Aukščiausias naujausios biotechnologijos pasiekimas – genetinė transformacija, svetimų (natūralių ar dirbtinai sukurtų) donorų genų perkėlimas į augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų recipiento ląsteles, naujų ar patobulintų savybių ir savybių turinčių transgeninių organizmų gamyba. Kalbant apie savo tikslus ir galimybes ateityje, ši kryptis yra strateginė. Tai leidžia išspręsti iš esmės naujas augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų, turinčių padidintą atsparumą aplinkos streso veiksniams, aukštą produktyvumą ir produktų kokybę, kūrimo problemas, gerinti aplinkos būklę gamtoje ir visuose gamybos sektoriuose.

Norint pasiekti šiuos tikslus, reikia įveikti tam tikrus sunkumus didinant genetinės transformacijos efektyvumą ir, svarbiausia, identifikuojant ir klonuojant genus, kuriant jų bankus, iššifruojant biologinių objektų požymių ir savybių poligeninio nustatymo mechanizmus, kuriant patikimas vektorines sistemas. ir užtikrina aukštą genų ekspresijos stabilumą. Jau šiandien daugelyje pasaulio laboratorijų, taikant genų inžinerijos metodus, buvo sukurti iš esmės nauji transgeniniai augalai, gyvūnai ir komerciniais tikslais naudojami mikroorganizmai.

1 klausimas. Kas yra biotechnologija?

Biotechnologija – tai organizmų, biologinių sistemų ar biologinių procesų panaudojimas pramoninėje gamyboje. Biotechnologijos šakos apima genetinę, chromosomų ir ląstelių inžineriją, žemės ūkio augalų ir gyvūnų klonavimą, mikroorganizmų naudojimą kepiniuose, vyno gamyboje, vaistų gamyboje ir kt.

2 klausimas. Kokias problemas išsprendžia genų inžinerija? Kokie iššūkiai yra susiję su šios srities tyrimais?

Genų inžinerijos metodai leidžia į kai kurių organizmų (pavyzdžiui, bakterijų) genotipą įtraukti kitų organizmų (pavyzdžiui, žmonių) genus. Genų inžinerija leido išspręsti įvairių žmogaus hormonų, tokių kaip insulinas ir augimo hormonas, pramoninės sintezės mikroorganizmais problemas. Kurdama genetiškai modifikuotus augalus ji užtikrino šalčiui, ligoms ir kenkėjams atsparių veislių atsiradimą. Pagrindinis genų inžinerijos sunkumas yra iš išorės įvestos DNR veiklos stebėjimas ir kontrolė. Svarbu žinoti, ar transgeniniai organizmai gali atlaikyti svetimų genų „apkrovą“. Taip pat gresia spontaniškas svetimų genų perkėlimas (migracija) į kitus organizmus, dėl ko jie gali įgyti žmogui ir gamtai nepageidautinų savybių. Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas yra etinė problema: ar mes turime teisę perdaryti gyvus organizmus savo labui?

3 klausimas. Kodėl, jūsų nuomone, mikroorganizmų atranka šiuo metu tampa itin svarbia?

Yra keletas priežasčių, kodėl didėja susidomėjimas mikroorganizmų atranka:

• atrankos paprastumas (palyginti su augalais ir gyvūnais), kurį lemia didelis bakterijų dauginimosi greitis ir paprastas auginimas;
• didžiulis biocheminis potencialas (bakterijų vykdomų reakcijų įvairovė – nuo ​​antibiotikų ir vitaminų sintezės iki retų cheminių elementų išskyrimo iš rūdų);
• genų inžinerijos manipuliacijų paprastumas; Taip pat svarbu, kad bakterijos DNR įmontuotas genas pradėtų veikti automatiškai, nes (skirtingai nei eukariotų organizmuose) visi prokariotiniai genai yra aktyvūs.

Todėl šiandien yra daugybė naujų bakterijų padermių naudojimo praktikoje pavyzdžių: maisto gamyba, žmogaus hormonai, atliekų apdorojimas, nuotekų valymas ir kt.

4 klausimas. Pateikite mikroorganizmų atliekų produktų pramoninės gamybos ir naudojimo pavyzdžių.

Nuo seniausių laikų pieno rūgšties bakterijos buvo atsakingos už jogurto ir sūrio ruošimą; bakterijos, kurioms būdinga alkoholinė fermentacija – etilo alkoholio sintezė; mielės naudojamos kepimui ir vyno gamybai.

Nuo 1982 metų Escherichia coli sintezuotas insulinas gaminamas pramoniniu mastu. Tai tapo įmanoma po to, kai genų inžinerijos metodais į bakterijos DNR buvo įterptas žmogaus insulino genas. Šiuo metu nustatyta transgeninio augimo hormono sintezė, kuris naudojamas gydant vaikų nykštukiškumą.

Mikroorganizmai taip pat dalyvauja biotechnologiniuose nuotekų valymo, atliekų apdorojimo, naftos išsiliejimų vandens telkiniuose šalinimo, kuro gamybos procesuose.

5 klausimas. Kokie organizmai vadinami transgeniniais?

Transgeniniai (genetiškai modifikuoti) yra organizmai, kuriuose yra dirbtinių genomo priedų. Pavyzdys (be minėtų E. coli) yra augalai, kurių DNR yra bakterijos chromosomos fragmentas, atsakingas už toksino, atbaidančio kenksmingus vabzdžius, sintezę. Dėl to gautos kenkėjams atsparios ir pesticidų nereikalaujančios kukurūzų, ryžių, bulvių veislės. Įdomus pavyzdys – lašiša, kurios DNR buvo papildyta genu, aktyvinančiu augimo hormono gamybą. Dėl to lašiša augo kelis kartus greičiau, o žuvies svoris pasirodė gerokai didesnis nei įprastai.

6 klausimas: koks klonavimo pranašumas prieš tradicinius veisimo metodus?

Klonavimas yra skirtas gauti tikslias organizmo kopijas su jau žinomomis savybėmis. Tai leidžia pasiekti geresnių rezultatų per trumpesnį laiką nei tradiciniai veisimo būdai. Medžiaga iš svetainės

Klonavimas leidžia dirbti su atskiromis ląstelėmis arba mažais embrionais. Pavyzdžiui, veisiant galvijus, nediferencijuotų ląstelių stadijoje esantis veršelio embrionas padalijamas į fragmentus ir dedamas į surogatines motinas. Dėl to išsivysto keli identiški veršeliai, turintys reikiamas savybes ir savybes.

Jei reikia, galima naudoti ir augalų klonavimą. Šiuo atveju atranka vyksta ląstelių kultūroje (ant dirbtinai kultivuotų izoliuotų ląstelių). Ir tik tada iš ląstelių, turinčių reikiamas savybes, išauginami visaverčiai augalai.

Garsiausias klonavimo pavyzdys – somatinės ląstelės branduolio persodinimas į besivystantį kiaušinėlį. Ateityje ši technologija leis sukurti bet kurio organizmo (arba, dar svarbiau, jo audinių ir organų) genetinį dvynį.

Neradote to, ko ieškojote? Naudokite paiešką

Šiame puslapyje yra medžiagos šiomis temomis:

• pristatymas apie biotechnologijų pasiekimus ir plėtros perspektyvas
• biotechnologijų klonavimas su vaizdo įrašu
• Kaip manote, kodėl šiais laikais populiarėja mikroorganizmų selekcija?
• Kokie klonavimo pranašumai prieš tradicinius veisimo metodus?
• kodėl šiais laikais populiarėja mikroorganizmų selekcija?