Biotechnologia jest nauką badającą możliwość wykorzystania żywych organizmów lub produktów ich metabolizmu do rozwiązywania określonych problemów technologicznych.

Za pomocą biotechnologii zaspokajane są określone potrzeby człowieka, np.: opracowywanie leków, modyfikacja lub tworzenie nowych gatunków roślin i zwierząt, co podnosi jakość produktów spożywczych.

Biotechnologia we współczesnej medycynie

Biotechnologia jako nauka ukształtowała się pod koniec XX wieku, czyli na początku lat 70-tych. Wszystko zaczęło się od inżynierii genetycznej, kiedy naukowcom udało się przenieść materiał genetyczny z jednego organizmu do drugiego bez poddawania się procesom seksualnym. W tym celu zastosowano rekombinowany DNA lub rDNA. Metodę tę stosuje się w celu zmiany lub ulepszenia konkretnego organizmu.

Aby stworzyć cząsteczkę rDNA, potrzebujesz:

• wyodrębnić cząsteczkę DNA z komórki zwierzęcej lub roślinnej;
• przetworzyć wyizolowaną komórkę i plazmid, a następnie wymieszać je;
• następnie zmodyfikowany plazmid przenosi się do bakterii, która z kolei mnoży kopie wprowadzonej do niej informacji.

Biotechnologie medyczne dzielą się na 2 duże grupy:

1. Diagnostyczny, którymi z kolei są: chemiczne (oznaczenie substancji diagnostycznych i parametrów metabolicznych); fizyczne (określenie pól fizycznych ciała);
2. Leczniczy.

Biotechnologia medyczna obejmuje takie procesy produkcyjne, podczas których powstają przedmioty biologiczne lub substancje o przeznaczeniu medycznym. Są to enzymy, witaminy, antybiotyki, poszczególne polisacharydy drobnoustrojowe, które można stosować jako samodzielne środki lub jako substancje pomocnicze przy tworzeniu różnych postaci dawkowania, aminokwasów.

Dlatego stosuje się metody biotechnologiczne:

• do produkcji insuliny ludzkiej przy użyciu bakterii modyfikowanych genetycznie;
• do wytwarzania erytropoetyny (hormonu stymulującego tworzenie czerwonych krwinek w szpiku kostnym).

Genetyka medyczna w przyszłości będzie w stanie nie tylko zapobiegać narodzinom wadliwych dzieci poprzez diagnozowanie chorób genetycznych, ale także przeprowadzać przeszczepy genów, aby rozwiązać istniejący problem.

Biotechnologia w przyszłości da ludzkości ogromne możliwości nie tylko w medycynie, ale także w innych obszarach współczesnej nauki.

Biotechnologia we współczesnej nauce

Biotechnologia we współczesnej nauce przynosi ogromne korzyści. Dzięki odkryciu inżynierii genetycznej możliwe stało się opracowanie nowych odmian roślin i ras zwierząt, które przyniosą korzyści rolnictwu.

Studia na kierunku biotechnologia kojarzą się nie tylko z naukami biologicznymi. W mikroelektronice opracowano tranzystory jonoselektywne oparte na efekcie polowym (HpaI). Aby zwiększyć wydobycie ropy ze złóż ropy, konieczna jest biotechnologia. Najbardziej rozwiniętą dziedziną jest zastosowanie biotechnologii w ekologii do oczyszczania ścieków przemysłowych i bytowych. Do rozwoju biotechnologii przyczyniło się wiele innych dyscyplin, dlatego też biotechnologię należy zaliczyć do nauki złożonej.

Kolejnym powodem aktywnego studiowania i doskonalenia wiedzy w biotechnologii była kwestia braku (lub przyszłego deficytu) potrzeb społeczno-ekonomicznych.

Na świecie są takie problemy jak:

• brak świeżej lub oczyszczonej wody (w niektórych krajach);
• zanieczyszczenie środowiska różnymi chemikaliami;
• niedobór zasobów energii;
• potrzeba udoskonalenia i uzyskania zupełnie nowych, przyjaznych środowisku materiałów i wyrobów;
• podniesienie poziomu medycyny.

Naukowcy są przekonani, że te i wiele innych problemów można rozwiązać za pomocą biotechnologii.

Podstawowe standardowe techniki technologiczne współczesnej biotechnologii

Biotechnologię można wyróżnić nie tylko jako naukę, ale także jako dziedzinę praktycznej działalności człowieka, która odpowiada za wytwarzanie różnego rodzaju produktów przy udziale organizmów żywych lub ich komórek.

Teoretyczną podstawą biotechnologii stała się kiedyś taka nauka jak genetyka; stało się to w XX wieku. Ale praktycznie biotechnologia opierała się na przemyśle mikrobiologicznym. Przemysł mikrobiologiczny z kolei otrzymał silny impuls do rozwoju po odkryciu i aktywnej produkcji antybiotyków.

Obiektami, z którymi współpracuje biotechnologia, są wirusy, bakterie, różni przedstawiciele flory i fauny, grzyby, a także organelle i izolowane komórki.

Biotechnologia wizualna. Inżynieria genetyczna i komórkowa

Inżynieria genetyczna i komórkowa w połączeniu z biochemią to główne obszary współczesnej biotechnologii.

Inżynieria komórkowa to hodowanie komórek różnych organizmów żywych (roślin, zwierząt, bakterii) w specjalnych warunkach, różnego rodzaju badania nad nimi (kombinacja, ekstrakcja lub przeszczep).

Inżynieria komórek roślinnych uważana jest za najbardziej udaną. Dzięki inżynierii komórek roślinnych możliwe stało się przyspieszenie procesów hodowlanych, co umożliwia rozwój nowych odmian roślin rolniczych. Teraz rozwój nowej odmiany został skrócony z 11 lat do 3-4.

Inżynieria genetyczna (lub genetyczna) to dziedzina biologii molekularnej zajmująca się badaniem i izolacją genów z komórek organizmów żywych, po czym poddaje się je manipulacji w celu osiągnięcia określonego celu. Głównymi narzędziami stosowanymi w inżynierii genetycznej są enzymy i wektory.

Klonowanie biotechnologiczne

Klonowanie to proces uzyskiwania klonów (czyli potomków całkowicie identycznych z pierwowzorem). Pierwszy eksperyment klonowania przeprowadzono na roślinach klonowanych wegetatywnie. Każdą pojedynczą roślinę powstałą w wyniku klonowania nazywano klonem.

W procesie rozwoju genetyki termin ten zaczęto stosować nie tylko do roślin, ale także do genetycznej hodowli bakterii.

Już pod koniec XX wieku naukowcy zaczęli aktywnie dyskutować o klonowaniu ludzi. Tym samym w mediach, a później w literaturze i sztuce zaczęto używać terminu „klon”.

Jeśli chodzi o bakterie, klonowanie jest praktycznie jedyną metodą rozmnażania. W przypadkach, gdy proces jest sztuczny i kontrolowany przez człowieka, stosuje się „bakterię klonującą”. Termin ten nie dotyczy naturalnego rozmnażania się mikroorganizmów.

Inżynieria genetyczna

Inżynieria genetyczna to sztuczne zmiany w genotypie mikroorganizmu, spowodowane ingerencją człowieka, w celu uzyskania plonów o niezbędnych cechach.

Inżynieria genetyczna zajmuje się badaniami i badaniem nie tylko mikroorganizmów, ale także ludzi, aktywnie badając choroby związane z układem odpornościowym i onkologią.

Biotechnologia komórek roślinnych

Biotechnologia komórkowa opiera się na wykorzystaniu komórek, tkanek i protoplastów. Aby skutecznie zarządzać komórkami, konieczne jest oddzielenie ich od rośliny i stworzenie dla nich wszelkich warunków niezbędnych do pomyślnej egzystencji i rozmnażania się poza organizmem rośliny. Ta metoda hodowli i namnażania komórek nazywana jest „izolowaną hodowlą tkankową” i zyskała szczególne znaczenie ze względu na możliwość zastosowania w biotechnologii.

Biotechnologia we współczesnym świecie i życiu człowieka

Potencjał, jaki biotechnologia otwiera przed człowiekiem, jest ogromny nie tylko w naukach podstawowych, ale także w innych dziedzinach działalności i obszarach wiedzy. Dzięki zastosowaniu metod biotechnologicznych możliwa stała się masowa produkcja wszystkich niezbędnych białek.

Procesy otrzymywania produktów fermentacji stały się znacznie prostsze. W przyszłości biotechnologia ulepszy zwierzęta i rośliny. Naukowcy rozważają możliwości zwalczania chorób dziedzicznych za pomocą inżynierii genetycznej.

Inżynieria genetyczna, jako główny kierunek biotechnologii, znacznie przyspiesza rozwiązanie problemów kryzysów żywnościowych, rolniczych, energetycznych i środowiskowych.

Biotechnologia ma największy wpływ na medycynę i farmaceutykę. Przewiduje się, że w przyszłości możliwe stanie się diagnozowanie i leczenie chorób mających status „nieuleczalnych”.

Etyczne aspekty niektórych osiągnięć biotechnologii

Gdy okazało się, że niektóre laboratoria naukowe nie tylko przeprowadzały eksperymenty na ludzkich embrionach, ale także próbowały klonować ludzi, rozpoczęła się fala gorącej dyskusji na ten temat nie tylko wśród naukowców, ale także wśród zwykłych ludzi.

W biotechnologii istnieją dwie kwestie etyczne związane z klonowaniem ludzi:

• klonowanie terapeutyczne (hodowla ludzkich embrionów w celu wykorzystania ich komórek do leczenia);
• klonowanie reprodukcyjne (tworzenie ludzkich klonów).

Współczesne osiągnięcia i problemy biotechnologii

Przy pomocy biotechnologii uzyskano i uzyska się ogromną liczbę produktów dla ochrony zdrowia, rolnictwa, przemysłu spożywczego i chemicznego. Warto dodać, że wielu produktów nie można było uzyskać w żaden inny sposób.

Jeśli chodzi o problemy, to główne z nich to aspekty etyczne, związane z faktem, że społeczeństwo zaprzecza i uważa klonowanie osoby lub embrionu ludzkiego za coś negatywnego.

Stan obecny i perspektywy biotechnologii

W biotechnologii zaczął aktywnie rozwijać się przemysł mikrobiologicznej syntezy substancji cennych dla ludzkości. Może to wiązać się ze zmianą podziału roli pożywienia opartego na roślinach i zwierzętach w stronę syntezy mikrobiologicznej.

Pozyskiwanie przyjaznej dla środowiska energii za pomocą biotechnologii to kolejny ważny i perspektywiczny kierunek nauki.

Firmy rozwijające nowe biotechnologie

Magazyn Forbes przedstawił listę najbardziej innowacyjnych firm biotechnologicznych na świecie, wśród której znalazły się takie firmy jak Genentech, Novartis International AG, Merck & Co, Pfizer, Sanofi czy Perrigo. Wszystkie te firmy są bezpośrednio powiązane z farmaceutyką i rozwijają się w tym kierunku.

Wiele firm z sukcesem bierze czynny udział w rozwoju rosyjskiego rynku biotechnologicznego:

1. Novartis International AG to firma zajmująca się opracowywaniem szczepionek i produkcją leków w dziedzinie onkologii, jedno z przedsiębiorstw działa w St. Petersburgu.
2. Pfizer produkuje leki dostępne bez recepty z różnych dziedzin medycyny. Pfizer od kilku lat realizuje w Rosji program „Więcej niż edukacja” w ramach umów z Moskiewskim Uniwersytetem Państwowym. M.V. Łomonosowa i Państwowej Akademii Chemicznej i Farmaceutycznej w Petersburgu.
3. Sanofi to firma zajmująca się produkcją leków stosowanych w leczeniu cukrzycy i stwardnienia rozsianego. Unikalne przedsiębiorstwo firmy z sukcesem działa w Rosji - pełnocyklowa fabryka produkująca insulinę Sanofi-Aventis Vostok.

W Rosji szczególną rolę pełni Klaster Technologii Biomedycznych Centrum Innowacji Skołkowo, RVC OJSC i Rusnano OJSC. Spółki OJSC Akrikhin, LLC Geropharm i NPF Litech zajmują się biotechnologiami farmaceutycznymi i medycznymi. Centrum Wysokich Technologii Himrar zrzesza organizacje high-tech prowadzące rozwój i produkcję innowacyjnych 14 firm, które opracowują leki w oparciu o najnowsze technologie „postgenomiczne”.

Ponadto istnieją młode startupy rozwijające nowe biotechnologie:

• „3D Bioprinting Solutions” wykorzystuje trójwymiarowy biodruk do tworzenia narządów z komórek macierzystych pacjenta;
• BioMicroGels oferuje postęp w oczyszczaniu wody i gleby za pomocą mikrożeli.
• Biomedyczny holding Atlas analizuje mikroflorę organizmu w ramach projektu OhmyGut.

Przeczytaj nasze inne artykuły:

Podręcznik jest zgodny z Federalnym Państwowym Standardem Edukacyjnym dla średniego (pełnego) kształcenia ogólnego, jest zalecany przez Ministerstwo Edukacji i Nauki Federacji Rosyjskiej i znajduje się na Federalnej Liście Podręczników.

Podręcznik adresowany jest do uczniów klas 10. i przeznaczony jest do nauczania przedmiotu w wymiarze 1 lub 2 godzin tygodniowo.

Nowoczesny design, wielopoziomowe pytania i zadania, dodatkowe informacje oraz możliwość pracy równolegle z aplikacją elektroniczną przyczyniają się do efektywnego przyswajania materiału edukacyjnego.

Jakie znaczenie ma selekcja mikrobiologiczna dla przemysłu i rolnictwa?

Biotechnologia – to wykorzystanie organizmów, układów biologicznych lub procesów biologicznych w produkcji przemysłowej. Termin „biotechnologia” stał się powszechny od połowy lat 70. XX wieku. XX w., choć od niepamiętnych czasów ludzkość wykorzystywała mikroorganizmy do pieczenia i winiarstwa, produkcji piwa i serowarstwa. Za biotechnologię można uznać każdą produkcję opartą na procesie biologicznym. Inżynieria genetyczna, chromosomowa i komórkowa, klonowanie roślin i zwierząt rolniczych to różne aspekty współczesnej biotechnologii.

Biotechnologia pozwala nie tylko na otrzymanie ważnych dla człowieka produktów, takich jak antybiotyki i hormon wzrostu, alkohol etylowy czy kefir, ale także na wytworzenie organizmów o określonych właściwościach znacznie szybciej niż przy zastosowaniu tradycyjnych metod hodowli. Istnieją procesy biotechnologiczne oczyszczania ścieków, przetwarzania odpadów, usuwania wycieków ropy w zbiornikach wodnych i produkcji paliwa. Technologie te opierają się na charakterystyce aktywności życiowej niektórych mikroorganizmów.

Pojawiające się nowoczesne biotechnologie zmieniają nasze społeczeństwo, otwierając nowe możliwości, ale jednocześnie stwarzając pewne problemy społeczne i etyczne.

Inżynieria genetyczna. Wygodnymi obiektami biotechnologii są mikroorganizmy, które mają stosunkowo prosto zorganizowany genom, krótki cykl życiowy i szeroką gamę właściwości fizjologicznych i biochemicznych.

Jedną z przyczyn cukrzycy jest brak insuliny, hormonu trzustki, w organizmie. Zastrzyki z insuliny wyizolowanej z trzustki świń i bydła ratują miliony istnień ludzkich, ale u niektórych pacjentów prowadzą do reakcji alergicznych. Optymalnym rozwiązaniem byłoby zastosowanie insuliny ludzkiej. Stosując metody inżynierii genetycznej, gen ludzkiej insuliny wprowadzono do DNA Escherichia coli. Bakteria zaczęła aktywnie syntetyzować insulinę. W 1982 roku insulina ludzka stała się pierwszym lekiem farmaceutycznym wyprodukowanym metodami inżynierii genetycznej.

Ryż. 107. Kraje uprawiające rośliny transgeniczne. Prawie całą powierzchnię upraw transgenicznych zajmują genetycznie modyfikowane odmiany czterech roślin: soi (62%), kukurydzy (24%), bawełny (9%) i rzepaku (4%). Powstały już odmiany transgenicznych ziemniaków, pomidorów, ryżu, tytoniu, buraków i innych upraw

Hormon wzrostu pozyskiwany jest obecnie w podobny sposób. Ludzki gen osadzony w genomie bakterii zapewnia syntezę hormonu, którego zastrzyki stosuje się w leczeniu karłowatości i przywracają wzrost chorych dzieci do niemal normalnego poziomu.

Podobnie jak w przypadku bakterii, stosując metody inżynierii genetycznej, można zmienić materiał dziedziczny organizmów eukariotycznych. Takie genetycznie zmienione organizmy nazywane są transgeniczny Lub genetycznie modyfikowane organizmy(GMO).

W naturze istnieje bakteria wytwarzająca toksynę zabijającą wiele szkodliwych owadów. Gen odpowiedzialny za syntezę tej toksyny wyizolowano z genomu bakterii i wstawiono do genomu roślin uprawnych. Do chwili obecnej stworzono już odporne na szkodniki odmiany kukurydzy, ryżu, ziemniaków i innych roślin rolniczych. Uprawa takich roślin transgenicznych, które nie wymagają stosowania pestycydów, ma ogromne zalety, ponieważ, po pierwsze, pestycydy zabijają nie tylko szkodliwe, ale i pożyteczne owady, a po drugie, wiele pestycydów gromadzi się w środowisku i działa mutagennie na organizmy żywe (ryc. 107).

Jeden z pierwszych udanych eksperymentów nad stworzeniem genetycznie zmodyfikowanych zwierząt przeprowadzono na myszach, do których genomu wstawiono gen hormonu wzrostu szczura. W rezultacie myszy transgeniczne rosły znacznie szybciej i ostatecznie były dwukrotnie większe od normalnych myszy. Jeśli to doświadczenie miało wyłącznie znaczenie teoretyczne, to eksperymenty w Kanadzie miały już oczywiste zastosowanie praktyczne. Kanadyjscy naukowcy wprowadzili do materiału genetycznego łososia gen innej ryby, co aktywowało gen hormonu wzrostu. Spowodowało to, że łosoś rósł 10 razy szybciej i przybierał na wadze kilkukrotnie więcej niż normalnie.

Klonowanie. Nazywa się to tworzeniem wielu kopii genetycznych jednego osobnika poprzez rozmnażanie bezpłciowe klonowanie. U wielu organizmów proces ten może zachodzić naturalnie; należy pamiętać o rozmnażaniu wegetatywnym u roślin i fragmentacji u niektórych zwierząt (). Jeśli kawałek promienia zostanie przypadkowo oderwany od rozgwiazdy, powstaje z niego nowy pełnoprawny organizm (ryc. 108). U kręgowców proces ten nie zachodzi naturalnie.

Pierwszy udany eksperyment klonowania zwierząt przeprowadził badacz Gurdon pod koniec lat 60-tych. XX wiek na Uniwersytecie Oksfordzkim. Naukowiec przeszczepił jądro pobrane z komórki nabłonkowej jelita żaby albinosowej do niezapłodnionego jaja zwykłej żaby, którego jądro zostało wcześniej zniszczone. Z takiego jaja naukowcowi udało się wyhodować kijankę, która następnie zamieniła się w żabę, będącą dokładną kopią żaby albinos. W ten sposób po raz pierwszy wykazano, że informacja zawarta w jądrze dowolnej komórki jest wystarczająca do rozwoju pełnoprawnego organizmu.

Ryż. 108. Regeneracja rozgwiazdy z jednego promienia

Późniejsze badania przeprowadzone w Szkocji w 1996 roku doprowadziły do ​​pomyślnego sklonowania owcy Dolly z komórki nabłonkowej gruczołu sutkowego matki (ryc. 109).

Klonowanie wydaje się obiecującą metodą w hodowli zwierząt. Na przykład podczas hodowli bydła stosuje się następującą technikę. Na wczesnym etapie rozwoju, gdy komórki zarodka nie są jeszcze wyspecjalizowane, zarodek dzieli się na kilka części. Z każdego fragmentu umieszczonego u matki adopcyjnej (zastępczej) może wyrosnąć pełnoprawne cielę. W ten sposób możliwe jest stworzenie wielu identycznych kopii jednego zwierzęcia o cennych cechach.

Do określonych celów można również klonować pojedyncze komórki, tworząc hodowle tkankowe, które mogą rosnąć w nieskończoność w odpowiednich pożywkach. Klonowane komórki służą jako substytut zwierząt laboratoryjnych, ponieważ można je wykorzystać do badania wpływu różnych substancji chemicznych, takich jak leki, na organizmy żywe.

Klonowanie roślin wykorzystuje unikalną cechę komórek roślinnych. Na początku lat 60. XX wiek po raz pierwszy wykazano, że komórki roślinne, nawet po osiągnięciu dojrzałości i specjalizacji, w odpowiednich warunkach są w stanie dać początek całej roślinie (ryc. 110). Dlatego nowoczesne metody inżynierii komórkowej umożliwiają selekcję roślin na poziomie komórkowym, czyli nie selekcjonuje się roślin dorosłych, które mają określone właściwości, ale komórki, z których następnie hoduje się pełnoprawne rośliny.

Ryż. 109. Klonowanie owcy Dolly

Etyczne aspekty rozwoju biotechnologii. Zastosowanie nowoczesnych biotechnologii stawia przed ludzkością wiele poważnych pytań. Czy gen osadzony w transgenicznych roślinach pomidora po zjedzeniu owocu może migrować i integrować się z genomem np. bakterii żyjących w jelitach człowieka? Czy transgeniczna roślina uprawna odporna na herbicydy, choroby, suszę i inne czynniki stresowe, po zapyleniu krzyżowym z pokrewnymi dzikimi roślinami, może przenieść te same właściwości na chwasty? Czy nie spowoduje to powstania „superchwastów”, które bardzo szybko zasiedlą grunty rolne? Czy narybek olbrzymiego łososia przypadkowo wyląduje na otwartym morzu i czy zaburzy to równowagę naturalnej populacji? Czy organizm zwierząt transgenicznych jest w stanie wytrzymać obciążenie, jakie powstaje w związku z funkcjonowaniem obcych genów? I czy człowiek ma prawo przerabiać żywe organizmy dla własnego dobra?

Te i wiele innych zagadnień związanych z tworzeniem organizmów genetycznie zmodyfikowanych są szeroko dyskutowane przez ekspertów i opinię publiczną na całym świecie. Specjalne organy i komisje regulacyjne utworzone we wszystkich krajach twierdzą, że pomimo istniejących obaw nie odnotowano żadnego szkodliwego wpływu GMO na przyrodę.

Ryż. 110. Etapy klonowania roślin (na przykładzie marchwi)

W 1996 roku Rada Europy przyjęła Konwencję o prawach człowieka w zastosowaniu technologii genomicznych w medycynie. Dokument skupia się na etyce korzystania z takich technologii. Twierdzi się, że żadna osoba nie może być dyskryminowana na podstawie informacji o cechach jej genomu.

Wprowadzenie obcego materiału genetycznego do komórek ludzkich może mieć negatywne konsekwencje. Niekontrolowana integracja obcego DNA z pewnymi częściami genomu może prowadzić do zakłócenia funkcji genu. Ryzyko stosowania terapii genowej podczas pracy z komórkami rozrodczymi jest znacznie wyższe niż w przypadku stosowania komórek somatycznych. Kiedy konstrukty genetyczne zostaną wprowadzone do komórek rozrodczych, może nastąpić niepożądana zmiana w genomie przyszłych pokoleń. Dlatego w dokumentach międzynarodowych UNESCO, Rady Europy i Światowej Organizacji Zdrowia (WHO) podkreśla się, że jakakolwiek zmiana w ludzkim genomie może nastąpić jedynie na komórkach somatycznych.

Być może jednak najpoważniejsze pytania pojawiają się w związku z teoretycznie możliwym klonowaniem człowieka. Badania w dziedzinie klonowania ludzi są dziś zakazane we wszystkich krajach, przede wszystkim ze względów etycznych. Kształtowanie się osoby jako jednostki opiera się nie tylko na dziedziczności. Jest on zdeterminowany przez środowisko rodzinne, społeczne i kulturowe, dlatego przy każdym klonowaniu nie da się odtworzyć osobowości, tak jak nie da się odtworzyć wszystkich warunków wychowania i szkolenia, które ukształtowały osobowość jej prototypu (dawcy jądra ). Wszystkie główne wyznania religijne na świecie potępiają wszelką ingerencję w proces reprodukcji człowieka, twierdząc, że poczęcie i narodziny muszą nastąpić w sposób naturalny.

Eksperymenty z klonowaniem zwierząt wzbudziły w środowisku naukowym szereg poważnych pytań, których rozwiązanie zadecyduje o dalszym rozwoju tej dziedziny nauki. Owca Dolly nie była jedynym klonem uzyskanym przez szkockich naukowców. Klonów było kilkadziesiąt, a przy życiu pozostała tylko Dolly. W ostatnich latach ulepszenia technologii klonowania pozwoliły na zwiększenie odsetka klonów, które przeżyły, ale ich śmiertelność jest nadal bardzo wysoka. Istnieje jednak problem jeszcze poważniejszy z naukowego punktu widzenia. Pomimo zwycięskich narodzin Dolly, jej prawdziwy wiek biologiczny, związane z nim problemy zdrowotne i stosunkowo wczesna śmierć pozostały niejasne. Zdaniem naukowców wykorzystanie jądra komórkowego pochodzącego od sześcioletniej owcy w średnim wieku dawcy wpłynęło na los i zdrowie Dolly.

Konieczne jest znaczne zwiększenie żywotności sklonowanych organizmów, sprawdzenie, czy zastosowanie określonych technik wpływa na długość życia, zdrowie i płodność zwierząt. Bardzo ważne jest minimalizowanie ryzyka wadliwego rozwoju zrekonstruowanego jaja.

Aktywne wprowadzenie biotechnologii do medycyny i genetyki człowieka doprowadziło do powstania szczególnej nauki - bioetyki. Bioetyka– nauka o etycznym podejściu do wszystkich istot żywych, w tym także do człowieka. Obecnie na pierwszy plan wysuwają się standardy etyczne. Te przykazania moralne, którymi ludzkość posługiwała się od wieków, niestety nie dają nowych możliwości, jakie stworzyła współczesna nauka. Dlatego ludzie muszą przedyskutować i przyjąć nowe przepisy, które uwzględniają nowe realia życia.

Przejrzyj pytania i zadania

1. Czym jest biotechnologia?

2. Jakie problemy rozwiązuje inżynieria genetyczna? Jakie wyzwania wiążą się z badaniami w tym obszarze?

3. Jak myślisz, dlaczego dobór mikroorganizmów nabiera obecnie ogromnego znaczenia?

4. Podaj przykłady przemysłowej produkcji i wykorzystania produktów przemiany materii mikroorganizmów.

5. Jakie organizmy nazywamy transgenicznymi?

6. Jaka jest przewaga klonowania nad tradycyjnymi metodami hodowli?

Myśleć! Zrób to!

1. Jakie perspektywy stwarza wykorzystanie zwierząt transgenicznych w rozwoju gospodarki narodowej?

2. Czy współczesna ludzkość może obyć się bez biotechnologii? Zorganizuj wystawę lub załóż gazetę ścienną „Biotechnologia: przeszłość, teraźniejszość, przyszłość”.

3. Zorganizuj i poprowadź dyskusję na temat „Klonowanie: zalety i wady”.

4. Podaj przykłady produktów spożywczych w Twojej diecie, które powstały w wyniku procesów biotechnologicznych.

5. Udowodnić, że biologiczne uzdatnianie wody jest procesem biotechnologicznym.

Pracuj z komputerem

Zapoznaj się z wnioskiem elektronicznym. Przestudiuj materiał i wykonaj zadania.

Inżynieria komórkowa. W latach 70 W ostatnim stuleciu inżynieria komórkowa zaczęła aktywnie rozwijać się w biotechnologii. Inżynieria komórkowa umożliwia stworzenie nowego typu komórki w oparciu o różne manipulacje, najczęściej hybrydyzację, czyli fuzję pierwotnych komórek lub ich jąder. Jądro należące do komórki innego organizmu umieszcza się w jednej z badanych komórek. Tworzą się warunki, w których te jądra łączą się, a następnie następuje mitoza i powstają dwie komórki jednojądrzaste, każda zawierająca mieszany materiał genetyczny. Po raz pierwszy taki eksperyment przeprowadził w 1965 roku angielski naukowiec G. Harris, łącząc komórki człowieka i myszy. Następnie uzyskano całe organizmy, które były mieszańcami międzygatunkowymi uzyskanymi metodą inżynierii komórkowej. Takie hybrydy różnią się od hybryd uzyskanych drogą płciową tym, że zawierają cytoplazmę obojga rodziców (pamiętajcie, że podczas normalnego zapłodnienia cytoplazma plemnika nie przenika do komórki jajowej). Fuzję komórek stosuje się w celu wytworzenia hybryd o korzystnych właściwościach pomiędzy odległymi gatunkami, które normalnie nie krzyżują się. Możliwe jest także otrzymanie hybryd komórek roślinnych, które niosą ze sobą geny cytoplazmatyczne (tj. geny zlokalizowane w mitochondriach i plastydach), które zwiększają odporność na różne szkodliwe wpływy.

Twój przyszły zawód

1. Co jest przedmiotem badań nauki gerontologii? Oceń, jak rozwinięta jest ta nauka w naszym kraju. Czy w Twoim regionie są specjaliści w tej dziedzinie?

2. Jakie cechy osobiste, Twoim zdaniem, powinny posiadać osoby pracujące w medycznych konsultacjach genetycznych? Wyjaśnij swój punkt widzenia.

3. Co wiesz o zawodach związanych z materiałem zawartym w tym rozdziale? Znajdź w Internecie nazwy kilku zawodów i przygotuj krótki (nie dłuższy niż 7-10 zdań) przekaz na temat zawodu, który zrobił na Tobie największe wrażenie. Wyjaśnij swój wybór.

4. Korzystając z dodatkowych źródeł informacji, dowiedz się, co bada embriolog. Gdzie można zdobyć taką specjalizację?

5. Jaką wiedzę powinni posiadać specjaliści zajmujący się pracą hodowlaną? Wyjaśnij swój punkt widzenia.

<<< Назад

Do przodu >>>

Odwiedzający konferencję Startup Village, która odbyła się w zeszłym tygodniu w Skołkowie, mieli niepowtarzalną okazję zajrzeć w niedaleką przyszłość, kiedy ludzkość zmuszona do ponownego przemyślenia swojej diety zacznie pozyskiwać znaczną część swoich białek od owadów

Na jednym ze stoisk wystawy startupowej obecni byli producenci białka paszowego z larw much, reprezentujący lipiecką firmę New Biotechnologies. Na razie jest to karma przeznaczona dla zwierząt, jednak w przyszłości dania z owadów, jak wynika z licznych prognoz, przestaną być egzotyczne w menu człowieka. Pięciu śmiałków odważyło się spróbować produktu o wyjątkowych właściwościach odżywczych w Startup Village. Korespondent serwisu nie odważył się pójść za ich przykładem, ale szczegółowo zapytał degustatorów, jak smakuje żywność przyszłości, a jednocześnie dowiedział się, że muszki z Lipiecka, otoczone ciepłem i troską hodowców, stają się znacznie bardziej płodni niż ich krewni.

Alexey Istomin z produktami New Biotechnologies w Startup Village. Zdjęcie: strona internetowa

New Biotechnologies specjalizuje się w produkcji wysokobiałkowej żywności z suszonych i rozdrobnionych larw muchy zielonej, w sposób podobny do mechanizmu, na który natura pracowała przez miliony lat. „Zwierzęta, ryby, ptaki rozmnażają się, żerują, zostawiają odchody i odchody, umierają, a przyroda to wszystko niestrudzenie przetwarza.. - Na odpadach muchy składają jaja, z których wychodzą larwy, które wydzielają enzymy przyspieszające proces rozkładu i mineralizacji marnować. W tym przypadku same larwy stają się pokarmem dla zwierząt, ryb i ptaków. A pozostały substrat pod wpływem deszczu i słońca przedostaje się do gleby w postaci nawozu organicznego i przyczynia się do szybkiego wzrostu fitomasy, która jest jednocześnie pożywieniem wszystkich żywych istot. Innymi słowy, składniki odżywcze są poddawane recyklingowi bez użycia pestycydów i trucizn. Tylko organiczne.”

Ten naturalny proces został zapożyczony przez firmę New Biotechnologies. Powstała biomasa, larwy much, ma wysoką zawartość składników odżywczych. W biomasie 50-70% stanowi białko surowe, tłuszcz surowy 20-30%, włókno surowe 5-7%.

Opisując pozytywny efekt stosowania białka paszowego (nazwa handlowa – „Zooproteina”) w różnych sektorach rolnictwa, Aleksiej Istomin był bardzo przekonujący. „W hodowli trzody chlewnej stosowanie koncentratu białkowo-lipidowego w mikrodawkach jako dodatku do diety prosiąt, świń, knurów pozwala na zwiększenie strawności pokarmu oraz naturalnej odporności organizmu na choroby i wirusy, zwiększenie przyrostów masy ciała, aktywności i potomstwo” – pan Istomin wylicza zalety jedzenia z larw much. - Wynika to z zawartości w „Zooproteinie” dużej liczby enzymów, chityny, melaniny i immunomodulatorów. W hodowli drobiu włączenie naszego białka paszowego do diety brojlerów, indyków, kaczek i innego drobiu może zwiększyć dzienne przyrosty masy ciała i zmniejszyć proporcję paszy. U kur niosek następuje wzrost produkcji jaj, wzrost odporności organizmu na choroby i wirusy oraz spadek śmiertelności.” W hodowli futerkowej dodanie „zooproteiny” do paszy dla norek, lisów polarnych i lisów prowadzi do poprawy jakości futra i zmniejszenia odsetka odrzutów. Zwierzęta mają większą długość ciała i obwód klatki piersiowej, dlatego można od nich uzyskać więcej skór.

Od lewej do prawej: karma gotowa, suszone i żywe larwy. Zdjęcie: strona internetowa

Wygląd karmy wykonanej z much zadowoli także właścicieli zwierząt. Według Aleksieja Istomina „u kotów i psów ruja i linienie są łatwiejsze, wzrasta napięcie mięśniowe i aktywność, sierść staje się gęstsza; zwierzęta mniej chorują.” Po dodaniu do paszy białka z larw much drób również staje się zdrowszy, jego kolor staje się jaśniejszy. Narybek ryb akwariowych rozwija się dwukrotnie szybciej, a przeżywalność narybku sięga 100%.

Cudowna technologia nie wzięła się znikąd – jej podstawy teoretyczne położono pół wieku temu w Ogólnounijnym Instytucie Badawczym Hodowli Zwierząt, a także w Nowosybirskim Państwowym Instytucie Rolniczym. Tam szczegółowo zbadano w warunkach laboratoryjnych dodatki paszowe na bazie larw much. Teraz prace w tym kierunku są kontynuowane na Państwowym Uniwersytecie Rolniczym w Nowosybirsku, im. VNIIZH. OK. Ernst, Instytut Ekologii i Ewolucji. JAKIŚ. Severtsova. Według Aleksieja Istomina skuteczność wykorzystania paszy białkowej uzyskanej w wyniku przetwarzania odpadów przez larwy much w porównaniu z innymi białkami zwierzęcymi (mączką rybną i mięsno-kostną) potwierdzają badania przeprowadzone w Ogólnorosyjskim Instytucie Badawczym im. Hodowla zwierząt oraz instytut hodowli drobiu Ogólnorosyjskiego Instytutu Badań Naukowo-Technologicznych. Warto zauważyć, że z biegiem czasu znaczenie tej technologii tylko rośnie, ponieważ świat stoi w obliczu dotkliwego niedoboru białek zwierzęcych.

„To, co nam przeszkadza, brzydko pachnie i dużo kosztuje, może pomóc i działać na rzecz krajowego rolnictwa, przynosząc dodatkowy zysk i zmniejszając obciążenie środowiska”

Firma New Biotechnologies szacuje je na 25 mln ton; w Rosji ta sama liczba wynosi 1 milion ton. Od 1961 roku liczba ludności na świecie wzrosła ponad dwukrotnie, a spożycie mięsa na świecie wzrosło czterokrotnie. Przewiduje się, że do 2030 r. światowe spożycie białka zwierzęcego wzrośnie o 50%. Dotychczas w rolnictwie jej głównymi źródłami są ryby (mączka rybna) oraz mączka mięsno-kostna. „Najwyższej jakości mączka rybna pochodzi z Maroka, Mauretanii i Chile, a jej wartość rośnie proporcjonalnie do kosztów logistyki. W ciągu ostatnich 15 lat cena mączki rybnej wzrosła 8-krotnie” – podaje statystyki Alexey Istomin. - Wielu producentów produktów rolnych rezygnuje z wysokiej jakości importowanej mączki rybnej na rzecz tańszych i gorszej jakości analogów, przestawiając się także na mączkę mięsno-kostną lub białka roślinne, w szczególności soję. Stosowanie białek roślinnych nie pozwala na osiągnięcie pożądanego rezultatu – białko takie wymaga dużej ilości zasobów ziemi i nie może w pełni zastąpić w składzie białka zwierzęcego.”

Projekt New Biotechnologies wzbudził zainteresowanie wicepremiera Arkadija Dvorkovicha i gubernatora obwodu rostowskiego Wasilija Gołubiewa. Zdjęcie: strona internetowa

Oprócz przesłanek ekonomicznych istnieją także środowiskowe przesłanki zmiany paradygmatu żywienia. Zatem, aby wyprodukować 1 tonę mąki, należy złowić 5 ton ryb handlowych. Biorąc pod uwagę duże zapotrzebowanie na białko zwierzęce, połowy ryb osiągnęły znaczny poziom (170 mln ton w 2015 r.). Ekosystem nie ma czasu na reprodukcję stad ryb w morzach. Podczas produkcji jednej tony mączki rybnej do atmosfery uwalnia się prawie 11 ton dwutlenku węgla. Dodatkowe koszty środowiskowe w tym przypadku szacuje się na 3,5 tys. dolarów. Przy produkcji jednej tony mąki z larw much do atmosfery emitowanych jest 5 razy mniej CO2. Oznacza to, że każda tona wyprodukowanego białka larw much pozwala zaoszczędzić 5 ton ryb w morzu.

„Smak jest niezwykły, niepodobny do niczego innego. Ale to białko wzmacnia układ odpornościowy i wspomaga wzrost mięśni”.

Myśląc o alternatywnych źródłach białka zwierzęcego, badacze zwrócili uwagę na owady. Na planecie żyje ponad 90 tysięcy gatunków much, a każdy z nich żywi się określonymi odpadami: materią roślinną, obornikiem/śmiecią, odpadami żywnościowymi itp. „To, co nam przeszkadza, brzydko pachnie i wymaga dużych kosztów – środowiskowych, finansowych, energetycznych – może pomóc i działać na korzyść krajowego rolnictwa, przynosząc dodatkowy zysk i zmniejszając obciążenie środowiska” – mówi Aleksiej Istomin. Przynajmniej pilotażowa produkcja firmy New Biotechnologies w Lipiecku potwierdza obietnicę wykorzystania technologii w warunkach przemysłowych.

Mielona Lucyna

Dobrze znane metalicznie zielone jasne muchówki Lucilia Cezar (w towarzystwie ten gatunek owada jest pieszczotliwie nazywany Lucy) trzymane są w specjalnych insektariach przy produkcji w Lipiecku. Żyje tam kilkadziesiąt milionów much. Są to owady wyjątkowe pod wieloma względami. Aby poprawić swoje zdolności reprodukcyjne, naukowcy przez ponad dwa lata prowadzili żmudną pracę hodowlaną, krzyżując owady przy użyciu określonej techniki. Jeśli w naturze jedna mucha składa lęg składający się z 60 jaj, wówczas u owadów Lipieck lęg (a co za tym idzie liczba larw i powstałego pożywienia) jest średnio trzykrotnie większy. Specjaliści z „Nowych Biotechnologii” nie dokonują żadnych manipulacji genetycznych na muchach; mówimy o „tradycyjnej” selekcji – zapewnia pan Istomin, wskazując na stojącą na stojaku klatkę przykrytą drobną siatką, w której roi się od owadów, kontynuuje: „ Wczoraj było tylko 6 much; w ciągu zaledwie jednego dnia ich liczba osiągnęła kilkaset. Stało się to możliwe dzięki właściwemu doborowi cyklu rozwojowego lalek, zwanych też pupariami. Dostosowaliśmy cykl w taki sposób, że dziś jest ich znacznie więcej. Jutro ich liczba wzrośnie jeszcze bardziej.” Proces ten został częściowo utrudniony przez nieodpowiednią pogodę: optymalna temperatura do przekształcenia poczwarki w muchę wynosi około 30 stopni. Mimo że w nocy do pokoju Startup Village wprowadzano owady, temperatura była tam niższa.

W zakładzie produkcyjnym w Lipiecku muchy mają pełną swobodę. Zdjęcie: "Nowe Biotechnologie".

W produkcji w Lipiecku muszki mają pełną swobodę, gdzie są chronione przed niesprzyjającymi warunkami i stresem. Muchy trzymane są w specjalnych klatkach zawierających wodę, cukier, mleko w proszku oraz pudełkach z mięsem mielonym, w których muchy składają jaja. Sprzęgła są usuwane codziennie. Nad jakością i czystością populacji czuwa główny technolog. W tym celu wybiera się larwy, które przepoczwarzają się w specjalnych warunkach i przechowują w postaci poczwarek w lodówce. W razie potrzeby poczwarki umieszcza się w komórkach insektarium, z których po pewnym czasie wyłaniają się muchy.

Gdy tylko larwy wyklują się z jaj, są przenoszone do szkółki. Podłoże pokarmowe i składanie jaj umieszcza się na specjalnych tacach na ściółce z trocin. Larwy są bardzo żarłoczne i szybko rosną, zwiększając swoje rozmiary do 350 razy dziennie. Okres tuczu i aktywnego wzrostu wynosi 3-4 dni. Następnie dorosłe larwy są wypychane. Tak nazywa się proces oddzielania larw od podłoża organicznego. Następnie biomasa jest suszona i kierowana do magazynu.

Muchy rosną na mięsie pochodzącym z fermy drobiu, która znajduje się niedaleko pilotażowej produkcji firmy New Biotechnologies. Larwy hodowane na mięsie drobiowym mają wyższą zawartość składników odżywczych niż te hodowane na oborniku i odchodach. Jednocześnie muszą być duże zapasy mięsa - aby wyprodukować 1 kg „zooproteiny”, trzeba wyhodować 3,5 kg żywych larw, co wymaga 10 kg odpadów mięsnych.

Od 1961 roku liczba ludności na świecie wzrosła ponad dwukrotnie, a spożycie mięsa na świecie wzrosło czterokrotnie. Przewiduje się, że do 2030 r. światowe spożycie białka zwierzęcego wzrośnie o 50%.

„Średnia śmiertelność na fermach drobiu wynosi 5% całego inwentarza żywego. Tego typu odpady sprawiają wiele kłopotów fermom drobiu. Są to kwestie środowiskowe (trzeba poddać recyklingowi), finansowe (za utylizację trzeba zapłacić) i organizacyjne (zbierać, przechowywać, dostarczać, brać pod uwagę). Dlatego zastosowanie naszej metody jest najskuteczniejsze bezpośrednio na fermie drobiu, co sprawia, że ​​produkcja drobiu jest bezodpadowa” – wyjaśnia Aleksiej Istomin. - Generalnie wzrost wielkości produkcji rolnej nieuchronnie wiąże się ze wzrostem negatywnego wpływu na środowisko. Według Ministerstwa Rolnictwa w Rosji łączna powierzchnia gruntów zanieczyszczonych odpadami rolniczymi przekracza 2,4 mln hektarów. W 2015 roku łączna ilość tego typu odpadów przekroczyła 380 mln ton. W kraju praktycznie nie ma kultury recyklingu odpadów rolniczych. Takie produkcje liczą się w jednostkach.”

Produkcja pilotażowa w Lipiecku. Zdjęcie: "Nowe Biotechnologie"

Złożoność przemysłowego wdrożenia technologii wynika przede wszystkim z czynników administracyjnych i środowiskowych. „Za granicą, zwłaszcza w Chinach i Indonezji, stosuje się metodę basenową („otwartą”) – wyjaśnia Istomin. - W naszych warunkach jest to niedopuszczalne, gdyż larwy w ciągu swojego życia wytwarzają duże ilości amoniaku. W naszym projekcie proponujemy metodę „zamkniętą” z wykorzystaniem wylęgarni much, wyposażonych w miejscową wentylację wywiewną, filtr mikrobiologiczny do oczyszczania powietrza, specjalne systemy przygotowania surowców oraz suszenie na podczerwień. Wszystko to pozwala nam w pełni spełniać wymogi bezpieczeństwa ekologicznego.”

Larwy są bardzo żarłoczne i szybko rosną, zwiększając swoje rozmiary do 350 razy dziennie. Zdjęcie: "Nowe Biotechnologie"

Obecnie firma New Biotechnologies jest w trakcie uzyskiwania statusu rezydenta Skołkowa. Zespół liczy na pomoc Fundacji głównie w zakresie certyfikacji wyrobów. W Rosji nie ma ram regulacyjnych związanych z regulacją stosowania technologii przetwarzania odpadów z larwami much, dlatego według Aleksieja Istomina „trzeba się wyrafinować”. Jednocześnie organy regulacyjne stwierdzają bezpieczeństwo produktów: Regionalne Laboratorium Weterynaryjne w Lipetsku prowadzi badania żywej biomasy na obecność salmonelli, genomu patogenów papuzicy i grypy u ptaków, jaj i larw robaków. W wysuszonej biomasie larw much oznacza się udział masowy białka surowego, udział masowy tłuszczu surowego, wilgotność i toksyczność. Międzyregionalne Laboratorium Weterynaryjne Tula prowadzi badania organicznego nawozu zoohumusowego na obecność flory chorobotwórczej. Wyniki każdego badania dokumentowane są w protokole.”

Rozmówca serwisu jest przekonany: w najbliższej przyszłości nie tylko zwierzęta, ale także ludzie poznają smak białka pochodzącego od owadów. Ten punkt widzenia podziela coraz większa liczba specjalistów. Dlatego trzy lata temu Organizacja Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa opublikowała badanie, w którym stwierdzono, że owady są już w takim czy innym stopniu obecne w diecie 2 miliardów ludzi. Aby poradzić sobie z głodem i zanieczyszczeniem środowiska, ludzkość powinna jeść więcej owadów – nawołują autorzy raportu.

Co więcej, jak świadczy osobiste doświadczenie Aleksieja Istomina, nie jest to takie straszne. Od kilku miesięcy do porannego koktajlu na bazie mleka, banana i innych tradycyjnych składników dodaje łyżkę białka owadów. „Smak jest niezwykły, niepodobny do niczego innego. Ale wzmacnia układ odpornościowy i wspomaga wzrost mięśni” – mówi Alexey.

Bakłanow Michaił I 8 innych w ten sposób" format danych=" ludzie którzy to lubią" data-configuration="Format=%3Ca%20class%3D%27kto-lubi%27%3Epeople%20who%20like%20this%3C%2Fa%3E" >

Biotechnologia to nowa, szybko rozwijająca się dziedzina biologii. Etapy rozwoju biotechnologii. Główne kierunki biotechnologii

1Biotechnologia to nowa dziedzina nauki i produkcji, polegająca na wykorzystaniu procesów i obiektów biologicznych do produkcji substancji ważnych gospodarczo oraz tworzenia wysokoproduktywnych odmian roślin, ras zwierząt i szczepów mikroorganizmów. W dosłownym znaczeniu biotechnologia to „biologia + technologia”, czyli zastosowanie podstawowej wiedzy biologicznej w praktycznych działaniach mających na celu produkcję leków, enzymów, białek, barwników, substancji aromatycznych, witamin i szeregu związków biologicznie aktywnych. Ponadto mówimy o zastosowaniu metod biotechnologicznych w selekcji i budowie zasadniczo nowych organizmów, które wcześniej nie istniały w naturze.

Biotechnologia roślin jest dyscypliną niezależną, chociaż zgodnie z jej założeniami teoretycznymi i metodologicznymi można ją uznać za część biotechnologii ogólnej. Specyfika biotechnologii roślin jest z góry określona przez biologiczne cechy roślin jako szczególnego królestwa świata żywego.

Historycznie rzecz biorąc, ludzkość zawsze wykorzystywała rośliny do pozyskiwania niezbędnych produktów. W tym sensie tradycyjną produkcję roślinną i inne technologie rolnicze można zaliczyć do biotechnologii. Istnieją jednak zasadnicze różnice pomiędzy biotechnologią a technologią rolniczą. Jak wiadomo, technologia rolnicza zajmuje się całymi roślinami i ich populacjami, natomiast biotechnologia opiera się na wykorzystaniu kultur komórkowych i ich populacji.

W związku z tym głównym przedmiotem biotechnologii roślin są pojedyncze komórki, narządy, izolowane z całej rośliny i hodowane poza organizmem na sztucznej pożywce w warunkach aseptycznych.

Takie komórki, tkanki, narządy hodowane in vitro nazywane są kulturami komórkowymi, tkankami, narządami – w zależności od tego, co jest izolowane z rośliny i hodowane. Jednakże wszystkie te metody uprawy zaczęto ostatnio nazywać tym samym terminem „hodowla komórek roślinnych”, ponieważ ostatecznie hodowaną jednostką jest komórka.

Hodowle komórkowe są z roku na rok coraz częściej wykorzystywane w wielu różnych dziedzinach biologii, medycyny i rolnictwa. Wykorzystuje się je do rozwiązywania tak ogólnych problemów biologicznych jak wyjaśnienie mechanizmów różnicowania i proliferacji, interakcji komórek ze środowiskiem, adaptacji, starzenia, mobilności biologicznej, transformacji nowotworowej i wielu innych. Kultury komórkowe odgrywają ważną rolę w biotechnologii przy produkcji szczepionek i substancji biologicznie czynnych. Stanowią materiał wyjściowy do tworzenia komórek produkcyjnych i służą do zwiększania produkcyjności zwierząt gospodarskich oraz do hodowli nowych odmian roślin. Hodowle komórkowe wykorzystywane są w diagnostyce i leczeniu chorób dziedzicznych, jako obiekty badawcze przy testowaniu nowych substancji farmakologicznych, a także do zachowania puli genowej zagrożonych gatunków zwierząt i roślin.

Biotechnologia to kontrolowane wytwarzanie docelowych produktów dla gospodarki narodowej, a także medycyny, przy pomocy czynników biologicznych: mikroorganizmów, wirusów komórek zwierzęcych i roślinnych, a także przy pomocy substancji pozakomórkowych i składników komórkowych. Biotechnologia ma głębokie korzenie historyczne, a w ciągu ostatnich 10-15 lat szybkiego rozwoju wyłoniła się jako odrębna dziedzina nauki i produkcji.

Głównymi składnikami procesu biotechnologicznego są: czynnik biologiczny, substrat, produkt docelowy, sprzęt oraz zestaw metod sterowania procesem.

Przemysł biotechnologiczny jest jednym z najszybciej rozwijających się i stanowi ważne kryterium oceny poziomu potencjału naukowo-badawczego cywilizowanego kraju. Wyraźną wskazówką, że kolejna fala rozwoju gospodarczego będzie opierać się na różnych gałęziach biotechnologii (rolniczej, spożywczej, medycznej) jest dynamika notowań odpowiednich spółek. Do niedawna biznes biotechnologiczny niewiele wyróżniał się na tle ogólnej grupy wysokich technologii, jednak niestabilność magnatów komputerowych i szereg dużych koncernów handlujących surowcami naturalnymi zmieniły opinię analityków ekonomicznych.

Notowania spółek biotechnologicznych były mniej podatne na spadki, gdyż produkty otrzymywane w oparciu o technologie komórkowe są nowe i obiecujące. Inwestycje w biosektorze doprowadziły do ​​bezprecedensowego postępu technologicznego. W Niemczech i Francji rozpoczęły się zakrojone na szeroką skalę badania polowe genetycznie zmodyfikowanych odmian kukurydzy. Japońska biotechnologia wyprodukowała genetycznie zmodyfikowaną kukurydzę, która jest odporna na szkodniki owadzie. Kilka firm jest o krok od stworzenia przełomowych leków na różne typy nowotworów, w szczególności białaczkę. Trzy lata temu amerykańska firma zainwestowała dużą sumę pieniędzy w laboratorium biotechnologiczne w Kalifornii i teraz, według przedstawicieli firmy, jest bliska stworzenia środka na usuwanie szeregu poważnych schorzeń, na przykład choroby Alzheimera.

2 Termin biotechnologia pochodzi od greckich słów „bios” i „techne”. „Bios” oznacza życie, „techne” oznacza kręcenie się, robienie czegoś własnymi rękami. Oznacza to, że biotechnologia to produkcja przy pomocy istot żywych, zespół metod przemysłowych wykorzystujących żywe organizmy i procesy biologiczne do wytworzenia różnych produktów.

Biotechnologia to zintegrowane wykorzystanie biochemii, mikrobiologii i nauk inżynieryjnych w celu osiągnięcia przemysłowych zastosowań możliwości mikroorganizmów, kultur komórek tkankowych i ich części. Obiektami biotechnologii są drobnoustroje (grzyby, bakterie, wirusy, pierwotniaki) lub komórki innych organizmów (roślin, zwierząt), substancje biologicznie czynne specjalnego przeznaczenia (immobilizowane enzymy katalizujące syntezę lub rozkład).

Typowymi metodami biotechnologii są głęboka hodowla obiektów biologicznych na dużą skalę w trybie okresowym lub ciągłym, hodowanie komórek tkanek roślinnych i zwierzęcych w specjalnych warunkach.

BIOCHEMIA MIKROBIOLOGIA TECHNOLOGIA CHEMICZNA GENETYKA TECHNOLOGIA MECHANICZNA BIOTECHNOLOGIA BIOCHEMICZNE TECHNOLOGIA MECHANICZNA TECHNOLOGIA ELEKTRONIKA TECHNOLOGIA ŻYWNOŚCI INNE DYSCYPLINY PRODUKTOWE Rycina 1. Interdyscyplinarny charakter biotechnologii

3 Rozwój biotechnologii w dużej mierze zdeterminowany jest badaniami z zakresu mikrobiologii, biochemii, enzymologii i genetyki organizmów. Nowoczesna biotechnologia jako nauka powstała na początku lat czterdziestych i rozwija się szybko od 1953 roku, po epokowym odkryciu struktury chemicznej i przestrzennej organizacji podwójnej helisy cząsteczki DNA przez Jamesa Watsona i Francisa Cricka. Jej nowy kierunek strategiczny – inżynieria genetyczna – narodził się w 1972 roku, kiedy w laboratorium Paula Berga po raz pierwszy zsyntetyzowano cząsteczkę rekombinowanego DNA, co ostatecznie zapewniło biotechnologii i jej centralnemu ogniwu – bioinżynierii (biologii nuklearnej) – najważniejszemu miejscu współczesnej nauki .

Prace „interpeakowe” wybitnych biologów G. Boyera, S. Cohena, D. Morra, A. Baeva, A. Belozersky’ego, O. Avery’ego, G. Gamowa, F. Jacoba, J. Monoda i innych uzupełniały kolejne serie najważniejsze odkrycia dotyczące identyfikacji genów i enzymów, izolacji cząsteczek DNA z komórek roślinnych, drobnoustrojów i zwierząt, dekodowania kodu genetycznego, a także mechanizmów ekspresji genów i biosyntezy białek u prokariotów i eukariontów.

W latach 50. w biotechnologii pojawił się kolejny ważny kierunek – inżynieria komórkowa. Jej założycielami są P.F. White (USA) i R. Gautreux (Francja). W kolejnych latach w Instytucie Fizjologii Roślin ZSRR, a następnie Rosyjskiej Akademii Nauk pod kierownictwem A.A. Kursanowa, R.G. Butenko rozpoczął badania w tej dziedzinie przy zaangażowaniu wielu młodych naukowców w kraju.

Inżynieria genetyczna i komórkowa wyznaczyła główne kierunki współczesnej biotechnologii, której metody zostały szeroko rozwinięte w latach 80-tych i są stosowane w wielu dziedzinach nauki i produkcji w kraju i za granicą.

Biotechnologię jako naukę można rozpatrywać w dwóch wymiarach czasowych i zasadniczych: nowoczesnym i tradycyjnym, klasycznym.

Najnowsza biotechnologia (bioinżynieria) to nauka o inżynierii genetycznej oraz komórkowe metody i technologie tworzenia i wykorzystania genetycznie przekształconych (modyfikowanych) roślin, zwierząt i mikroorganizmów w celu intensyfikacji produkcji i uzyskania nowego rodzaju produktów o różnym przeznaczeniu.

W tradycyjnym, klasycznym sensie biotechnologię można zdefiniować jako naukę o metodach i technologiach wytwarzania, transportu, przechowywania i przetwarzania produktów rolnych i innych z wykorzystaniem konwencjonalnych, nietransgenicznych (naturalnych i hodowlanych) roślin, zwierząt i mikroorganizmów, zgodnie z art. warunki naturalne i sztuczne.

Najwyższym osiągnięciem najnowszej biotechnologii jest transformacja genetyczna, transfer obcych (naturalnych lub sztucznie wytworzonych) genów dawcy do komórek biorców roślin, zwierząt i mikroorganizmów, wytwarzanie organizmów transgenicznych o nowych lub ulepszonych właściwościach i cechach. Z punktu widzenia celów i możliwości na przyszłość kierunek ten jest strategiczny. Umożliwia rozwiązanie zasadniczo nowych problemów tworzenia roślin, zwierząt i mikroorganizmów o zwiększonej odporności na czynniki stresowe środowiskowe, wysoką produktywność i jakość produktów oraz poprawę sytuacji ekologicznej w przyrodzie i wszystkich sektorach produkcji.

Aby osiągnąć te cele, należy pokonać pewne trudności w zwiększaniu efektywności transformacji genetycznej, a przede wszystkim w identyfikacji i klonowaniu genów, tworzeniu ich banków, rozszyfrowywaniu mechanizmów poligenowego określania cech i właściwości obiektów biologicznych, tworzeniu niezawodnych systemów wektorowych i zapewnienie wysokiej stabilności ekspresji genów. Już dziś w wielu laboratoriach na całym świecie, stosując metody inżynierii genetycznej, stworzono zasadniczo nowe transgeniczne rośliny, zwierzęta i mikroorganizmy wykorzystywane do celów komercyjnych.

Pytanie 1. Czym jest biotechnologia?

Biotechnologia to wykorzystanie organizmów, systemów biologicznych lub procesów biologicznych w produkcji przemysłowej. Dziedziny biotechnologii obejmują inżynierię genetyczną, chromosomową i komórkową, klonowanie roślin i zwierząt rolniczych, wykorzystanie mikroorganizmów w pieczeniu, winiarstwie, produkcji leków itp.

Pytanie 2. Jakie problemy rozwiązuje inżynieria genetyczna? Jakie wyzwania wiążą się z badaniami w tym obszarze?

Metody inżynierii genetycznej umożliwiają wprowadzenie do genotypu niektórych organizmów (na przykład bakterii) genów innych organizmów (na przykład ludzi). Inżynieria genetyczna umożliwiła rozwiązanie problemów przemysłowej syntezy różnych hormonów ludzkich przez mikroorganizmy, np. insuliny i hormonu wzrostu. Tworząc rośliny modyfikowane genetycznie, zapewniła pojawienie się odmian odpornych na zimno, choroby i szkodniki. Główną trudnością w inżynierii genetycznej jest monitorowanie i kontrolowanie aktywności DNA wprowadzonego z zewnątrz. Ważne jest, aby wiedzieć, czy organizmy transgeniczne są w stanie wytrzymać „ładunek” obcych genów. Istnieje także niebezpieczeństwo samoistnego przeniesienia (migracji) obcych genów do innych organizmów, w wyniku czego mogą one nabrać właściwości niepożądanych dla człowieka i przyrody. Na koniec pozostaje problem etyczny: czy mamy prawo przekształcać żywe organizmy dla własnego dobra?

Pytanie 3. Dlaczego uważasz, że dobór mikroorganizmów nabiera obecnie ogromnego znaczenia?

Powodów wzrostu zainteresowania selekcją mikroorganizmów jest kilka:

• łatwość selekcji (w porównaniu do roślin i zwierząt), co wynika z wysokiego tempa reprodukcji i łatwości hodowli bakterii;
• ogromny potencjał biochemiczny (różnorodność reakcji przeprowadzanych przez bakterie - od syntezy antybiotyków i witamin po izolację rzadkich pierwiastków chemicznych z rud);
• prostota manipulacji inżynierią genetyczną; Ważne jest również to, że gen wbudowany w bakteryjny DNA automatycznie zaczyna działać, gdyż (w przeciwieństwie do organizmów eukariotycznych) wszystkie geny prokariotyczne są aktywne.

W rezultacie dzisiaj istnieje ogromna liczba przykładów zastosowania nowych szczepów bakterii w praktyce: produkcja żywności, hormony ludzkie, przetwarzanie odpadów, oczyszczanie ścieków itp.

Pytanie 4. Podaj przykłady przemysłowej produkcji i wykorzystania produktów przemiany materii mikroorganizmów.

Od czasów starożytnych bakterie kwasu mlekowego były odpowiedzialne za przygotowanie jogurtu i sera; bakterie charakteryzujące się fermentacją alkoholową - syntezą alkoholu etylowego; drożdże wykorzystywane są w wypiekach i produkcji wina.

Od 1982 roku na skalę przemysłową produkowana jest insulina syntetyzowana przez Escherichia coli. Stało się to możliwe po wszczepieniu genu ludzkiej insuliny do DNA bakterii metodami inżynierii genetycznej. Obecnie ustalono syntezę transgenicznego hormonu wzrostu, który stosuje się w leczeniu karłowatości u dzieci.

Mikroorganizmy uczestniczą także w procesach biotechnologicznych związanych z oczyszczaniem ścieków, przetwarzaniem odpadów, usuwaniem wycieków ropy do zbiorników wodnych i produkcją paliw.

Pytanie 5. Jakie organizmy nazywane są transgenicznymi?

Organizmy transgeniczne (genetycznie zmodyfikowane) to takie, które zawierają sztuczne dodatki do genomu. Przykładem (oprócz wspomnianej E. coli) są rośliny, których DNA zawiera fragment chromosomu bakteryjnego odpowiedzialnego za syntezę toksyny odstraszającej szkodliwe owady. W efekcie uzyskano odmiany kukurydzy, ryżu i ziemniaków odporne na szkodniki i niewymagające stosowania pestycydów. Ciekawym przykładem jest łosoś, którego DNA zostało uzupełnione genem aktywującym produkcję hormonu wzrostu. W rezultacie łosoś rósł kilka razy szybciej, a waga ryby okazała się znacznie wyższa niż normalnie.

Pytanie 6: Jaka jest przewaga klonowania nad tradycyjnymi metodami hodowli?

Klonowanie ma na celu uzyskanie dokładnych kopii organizmu o znanych już cechach. Pozwala osiągnąć lepsze rezultaty w krótszym czasie niż tradycyjnymi metodami hodowli. Materiał ze strony

Klonowanie umożliwia pracę z pojedynczymi komórkami lub małymi zarodkami. Na przykład podczas hodowli bydła zarodek cielęcia na etapie niezróżnicowanych komórek jest dzielony na fragmenty i umieszczany u matek zastępczych. W rezultacie rozwija się kilka identycznych cieląt o niezbędnych cechach i właściwościach.

W razie potrzeby można zastosować także klonowanie roślin. W tym przypadku selekcja zachodzi w hodowli komórkowej (na sztucznie hodowanych izolowanych komórkach). I dopiero wtedy z komórek mających niezbędne właściwości hoduje się pełnoprawne rośliny.

Najbardziej znanym przykładem klonowania jest przeszczepienie jądra komórki somatycznej do rozwijającej się komórki jajowej. Technologia ta umożliwi w przyszłości stworzenie genetycznego bliźniaka dowolnego organizmu (lub, co ważniejsze, jego tkanek i narządów).

Nie znalazłeś tego, czego szukałeś? Skorzystaj z wyszukiwania

Na tej stronie znajdują się materiały na następujące tematy:

• prezentacja osiągnięć i perspektyw rozwoju biotechnologii
• klonowanie biotechnologiczne za pomocą wideo
• Jak myślisz, dlaczego selekcja mikroorganizmów zyskuje obecnie na popularności?
• Jakie są zalety klonowania w porównaniu z tradycyjnymi metodami hodowli?
• dlaczego obecnie selekcja mikroorganizmów zyskuje na popularności?