ОТКРЫТИЯ В ОБЛАСТИ БИОЛОГИИ В ЭПОХУ НТР
Введение
Современное состояние биотехнологии
Биотехнология и её роль в практической деятельности человека
Биотехнологии в растениеводстве
Метод культуры тканей
Клонирование
Новые открытия в области медицины
Генная инженерия
Трансгенные продукты: за и против
Генно-модифицированные продукты
Последствия развития биотехнологии в эпоху НТР
Введение
Биотехнология – это промышленное использование биологических процессов и систем на основе выращивания высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с необходимыми человеку свойствами. Отдельные биотехнологические процессы (хлебопечение, виноделие) известны с древних времен. Но наибольших успехов биотехнология достигла во второй половине XX века и приобретает всё большее значение для человеческой цивилизации.
Современное состояние биотехнологии
С древних времен известны отдельные биотехнологические процессы, используемые в сферах практической деятельности человека. К ним относятся хлебопечение, виноделие, пивоварение, приготовление кисломолочных продуктов и т. д. Наши предки не имели представления о сути процессов, лежащих в основе таких технологий, но в течение тысячелетий, используя метод проб и ошибок, совершенствовали их. Биологическая сущность этих процессов была выявлена лишь в XIX в. благодаря научным открытиям Л. Пастера. Его работы послужили основой для развития производств с использованием разнообразных видов микроорганизмов. В первой половине XX в. стали применять микробиологические процессы для промышленного получения ацетона и бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов, кормового белка.
Успехи, достигнутые во второй половине XX в. в области цитологии, биохимии, молекулярной биологии и генетики, создали предпосылки для управления элементарными механизмами жизнедеятельности клетки, что способствовало бурному развитию биотехнологии. Благодаря селекции высокопродуктивных штаммов микроорганизмов, эффективность биотехнологических процессов увеличилась в десятки и сотни раз.
Биотехнология и её роль в практической деятельности человека
Особенностью биотехнологии является то, что она сочетает в себе самые передовые достижения научно-технического прогресса с накопленным опытом прошлого, выражающимся в использовании природных источников для создания полезных для человека продуктов. Любой биотехнологический процесс включает ряд этапов: подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование полученных продуктов. Многоэтапность и сложность процесса обусловливает необходимость привлечения к его осуществлению самых разных специалистов: генетиков и молекулярных биологов, цитологов, биохимиков, вирусологов, микробиологов и физиологов, инженеров-технологов, конструкторов биотехнологического оборудования.
Биотехнология в растениеводстве
Метод культура тканей
Всё шире на промышленной основе применяется метод вегетативного размножения сельскохозяйственных растений культурой тканей. Он позволяет не только быстро размножать новые перспективные сорта растений, но и получить незараженный вирусами посадочный материал.
Биотехнологии в животноводстве
В последние годы повышается интерес к дождевым червям как к источнику животного белка для сбалансирования кормовых рационом животных, птиц, рыб, пушных зверей, а также белковой добавки, обладающей лечебно-профилактическими свойствами.
Для повышения продуктивности животных нужен полноценный корм. Микробиологическая промышленность выпускает кормовой белок на базе различных микроорганизмов - бактерий, грибов, дрожжей, водорослей. Как показали промышленные испытания, богатая белками биомасса одноклеточных организмов с высокой эффективностью усваивается сельскохозяйственными животными. Так, 1 т кормовых дрожжей позволяет сэкономить 5-7 т зерна. Это имеет большое значение, поскольку 80% площадей сельскохозяйственных угодий в мире отводятся для производства корма скоту и птице.
Клонирование
Клонирование овцы Долли в 1996 году Яном Вильмутом и его коллегами в Рослинском институте в Эдинбурге вызвало бурную реакцию во всем мире. Долли была зачата из клетки молочной железы овцы, которой уже давно не было в живых, а ее клетки хранились в жидком азоте. Методика, с помощью которой была создана Долли, известна под названием «перенос ядра», то есть из неоплодотворенной яйцеклетки было удалено ядро, а вместо него помещено ядро из соматической клетки. Из 277 яйцеклеток с пересаженным ядром лишь одна развивалась в относительно здоровое животное. Этот метод размножения является «асексуальным», так как он не требует наличия представителя каждого пола, чтобы создать ребенка. Успех Вильмута стал международной сенсацией.
В декабре 1998 года стало известно об удачных закончившихся попытках клонирования крупного рогатого скота, когда японцам И. Като, Т. Тани и сотр. удалось получить 8 здоровых телят после переноса 10 реконструированных эмбрионов в матку коров-реципиентов.
Слайд №10
Новые открытия
в области медициныОсобенно широко успехи биотехнологии применяются в медицине. В настоящее время с помощью биосинтеза получают антибиотики, ферменты, аминокислоты, гормоны.
Например, гормоны раньше, как правило, получали из органов и тканей животных. Даже для получения небольшого количества лечебного препарата требовалось много исходного материала. Следовательно, трудно было получить необходимое количество препарата, и он был очень дорог.
Так, инсулин, гормон поджелудочной железы, - основное средство лечения при сахарном диабете. Этот гормон надо вводить больным постоянно. Производство его из поджелудочной железы свиньи или крупного рогатого скота сложно и дорого. К тому же молекулы инсулина животных отличаются от молекул инсулина человека, что нередко вызывало аллергические реакции, особенно у детей. В настоящее время налажено биохимическое производство человеческого инсулина. Был получен ген, осуществляющий синтез инсулина. С помощью генной инженерии этот ген был введен в бактериальную клетку, которая в результате приобрела способность синтезировать инсулин человека.
Помимо получения лечебных средств, биотехнология позволяет проводить раннюю диагностику инфекционных заболеваний и злокачественных новообразований на основе применения препаратов антигенов, ДНК/РНК -проб.
С помощью новых вакцинных препаратов возможно предупреждение инфекционных болезней.
Слайд №11
Метод стволовых клеток: лечит или калечит?
Японские ученые под руководством профессора Синья Яманака из Университета Киото впервые выделили стволовые клетки из человеческой кожи, предварительно внедрив в них набор определенных генов. По их мнению, это может послужить альтернативой клонированию и позволит создать препараты, сравнимые с теми, что получаются при клонировании человеческих эмбрионов. Американские ученые практически одновременно получили аналогичные результаты. Но это не означает, что через несколько месяцев можно будет полностью уйти от клонирования эмбрионов и восстанавливать работоспособность организма при помощи стволовых клеток, полученных из кожи пациента.
Сначала специалистам придется убедиться в том, что «кожные» столовые клетки на самом деле так многофункциональны, как кажутся, что их можно без опасений за здоровье пациента вживлять в различные органы и что они при этом будут работать. Главное опасение – как бы такие клетки не представляли риска в отношении развития рака. Потому что главная опасность эмбриональных стволовых клеток заключается в том, что они генетически нестабильны и обладают способностью развиваться в некоторые опухоли после трансплантации в организм.
Слайд №12
Генная инженерия
Приёмы генной инженерии позволяют выделять необходимый ген и вводить его в новое генетическое окружение с целью создания организма с новыми, заранее предопределёнными признаками.
Методы генной инженерии остаются ещё очень сложными и дорогостоящими. Но уже сейчас с их помощью в промышленности получают такие важные медицинские препараты, как интерферон, гормоны роста, инсулин и др.
Селекция микроорганизмов является важнейшим направлением в биотехнологии.
Развитие бионики позволяет эффективно применять для решения инженерных задач биологические методы, использовать в различных областях техники опыт живой природы.
Слайд №13
Трансгенные продукты:
за и противВ мире уже зарегистрировано несколько десятков съедобных трансгенных растений. Это сорта сои, риса и сахарной свеклы, устойчивых к гербицидам; кукурузы, устойчивой к гербицидам и вредителям; картофеля, устойчивого к колорадскому жуку; кабачков, почти несодержащих косточек; помидоров, бананов и дынь с удлиненным сроком хранения; рапса и сои с измененным жирнокислотным составом; риса с повышенным содержанием витамина А.
Генетически модернизированные источники могут встречаться в колбасе, сосисках, мясных консервах, пельменях, сыре, йогуртах, детском питании, кашах, шоколаде, конфетах мороженом.
Слайд №14
Генно-модифицированные продукты
Перечень продуктов, где могут быть генетически измененные продукты: Рибофлавины Е 101, Е 101А, карамель Е 150, ксантан Е 415, лецитин Е 322, Е 153, Е160d, Е 161с, Е 308q, Е 471, Е 472f, Е 473, Е 475, Е 476b, Е 477, Е 479а, Е 570, Е 572,Е 573, Е 620, Е 621, Е 622, Е 623, Е 623, Е 624, Е 625.
Генно - модифицированные продукты: шоколад Fruit Nut, Kit-kat, Milky Way, Twix; напитки: Nesquik, Coca-Cola, Sprite, Pepsi, чипсы Pringles, йогурт Danon.
Генетически измененные продукты производят такие компании: Новартиc (Novartis), Монсанто (Monsanto)-новое название компании Фармация (Pharmacia), куда входит и Кока-кола, а также Нестле (Nestle), Данон (Danone), Хенц, Хипп, Юниливер (Uniliver), Юнайтид Бисквитс (United Biscuits), рестораны Мак-Доналдс (Mac-Donalds).
В мире не зарегистрировано ни одного факта, что трансгенное растение нанесло вред человеку. Но бдительность терять не стоит. Пока не выяснено, не повлияют ли эти растения на потомство, не загрязнят ли окружающую среду.
Слайд №15
Перспективы развития биотехнологии
Все шире на промышленной основе применяется метод вегетатив- ного размножения сельскохозяйственных растений культурой тканей. Он позволяет не только быстро размножить новые перспективные сорта растений, но и получить незараженный вирусами посадочный материал.
Биотехнология позволяет получать экологически чистые виды топлива путем биопереработки отходов промышленного и сельскохозяйственного производств. Например, созданы установки, в которых используются бактерии для переработки навоза и других органических отходов. Из 1 т навоза получают до 500 м3 биогаза, что эквивалентно 350 л бензина, при этом качество навоза как удобрения улучшается.
Биотехнологические разработки находят все большее применение в добыче и переработке полезных ископаемых.
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Биотехнология
Микробиологический синтез Использование микроорганизмов для получения ряда веществ. Создают штаммы микроорганизмов, которые вырабатывают необходимые вещества в количествах, значительно превышающих потребности самих микроорганизмы в десятки и сотни раз.
Примеры: Бактерии, способные накапливать уран, медь, кобальт, используют для извлечения металлов из сточных вод. С помощью бактерий, получают биогаз (смесь метана и углекислого газа), используемый для обогрева помещений. Удалось вывести микроорганизмы, синтезирующие аминокислоту лизин, которая не образуется в организме человека.
Примеры: Для получения кормового белка используют дрожжи. Использование на корм скоту 1 т кормового белка экономит 5 – 8 т зерна. Добавка 1 т биомассы дрожжей в рацион птиц способствует получению дополнительно 1,5 – 2 т мяса или 25 – 35 тыс. яиц.
Клеточная инженерия Выращивание клеток высших организмах на питательных средах. Выращивание безъядерных клеток. Пересадка ядер из одной клетки в другую. Выращивание из одной соматической клетки целого организма. Клонирование
Клонирование Клонирование животных достигается в результате переноса ядра из дифференцированной клетки в неоплодотворенную яйцеклетку, у которой удалено собственное ядро.
Клонирование Первые успешные опыты по клонированию животных были проведены в середине 1970-х годов английским эмбриологом Дж. Гордоном в экспериментах на амфибиях, когда замена ядра яйцеклетки на ядро из соматической клетки взрослой лягушки привела к появлению головастика.
Клонирование Клонированное животное – овечка Долли
Клеточная инженерия Гибридизация соматических клеток и создание межвидовых гибридов. Удается получить гибридные клетки организмов, неродственных между собой: Человека и мыши; Растений и животных; Раковых клеток, способных к неограниченному росту, и клеток крови – лимфоцитов. Возможно получение лекарства, повышающего устойчивость человека к инфекциям.
Примеры: Благодаря методу гибридизации получили гибриды различных сортов картофеля, капусты, томатов. Из одной соматической клетки растения удается вырастить целый организм и таким образом размножить ценные сорта (например, женьшень). Получают клоны – генетические однородные клетки. Получение химерных организмов.
Химерные мыши
Химера овца - коза
Генная инженерия Перестройка генотипов организмов: Создание действенных генов искусственным путем. Введение гена одного организма в генотип другого – получение трансгенных организмов.
Введение в ДНК мыши гена роста крысы
Результат
Примеры: Ген, отвечающий за выработку инсулина у человека, ввели в генотип кишечной палочки. Эта бактерия вводится людям, больным сахарным диабетом.
В генотип растения петуньи был введен ген, нарушающий образование и выработку пигмента. Так была создано растение с белыми цветками
Примеры: Ученые пытаются ввести в генотип злаков ген бактерий, усваивающих азот из воздуха. Тогда станет возможным не вносить в почву азотные удобрения.
По теме: методические разработки, презентации и конспекты
Данный урок рассматривается первым по счету в разделе «Компьютерные презентации». На данном уроке учащиеся знакомятся с программой POWERPOINT, учатся изменять дизайн и макет слайдов....
Презентация "Использование мультимедийных презентаций как универсального средства познания"
В презентации "Использование мультимедийных презентаций как универсального средства познания" даются советы по оформлению и наполнению презентаций....
Разработка урока и презентации "The Sightseeng Tours" London and Saint-Petersburg c презентацией
Цели: развитие речевого умения (монологическое высказывание); совершенствование грамматических навыков чтения и говорения (прошедшее неопределенное время, определенный артикль) Задачи: учи...
Сегодня биотехнологии человек широко применяет: так созданы бактерии, которые используют при очистке сточных вод; бактерии, которые разлагают нефть при нефтяных разливах; биотехнологии широко применяют в медицине: созданы и создаются антибиотики различного спектра действия; синтезируются различные гормоны: н-р гормон роста; инсулин.
Генная инженерия - это искусственный перенос нужных генов от одного вида живых организмов (бактерий, животных, растений) в другой вид, для создания организма с необходимыми свойствами. Удобными объектами генной инженерии чаще всего являются микроорганизмы (бактерии).
СПИСОК КОМПАНИЙ, КОТОРЫЕ ИСПОЛЬЗУЮТ В ПРОДУКЦИИ ГМО Coca-Cola (Кока-Кола) Nestle (Нестле) - всем известно, но особенно детское питание!!! Kelloggs (Келлогс) - готовые завтраки и кукурузные хлопья Heinz Foods (Хайенц Фудс) - соусы, кетчупы Unilever (Юнилевер) - детское питание!!! Майонезы, соусы Hersheys (Хёршис) - шоколад, безалкогольные напитки McDonalds (Макдональдс) PepsiCo (Пепси-Кола) Danon (Данон) - кисломолочные продукты Cadbury (Кэдбери) - шоколад. Similac (Симилак) - детское питание Mars (Марс) - Марс, Сникерс, Твикс. Кроме того, если вы видите на этикетке Е101, 270, 320, 570 и прочие, то знайте, что перед вами ГМО.
Аргументы «за» ГМО: 1. Решение продовольственной проблемы. 2. Развитие ГМ-технологий востребовано медициной, где их достижения давно и успешно применяются. 3. Риски от потребления пищевых продуктов из ГМО минимальны (чужеродный белок разлагается как обычный) 4. Появление у сельскохозяйственных растений свойств, обеспечивающих защиту от порчи и вредителей, снижает потребность в применении сельхозхимии, вред которой доказан. 5.ГМ-технологии по своим результатам не отличаются от мутаций, постоянно происходящих в живой природе, а от технологии классической селекции – и по своей структуре, но являются более щадящими для усовершенствуемого растения. 6. ГМО позволяют создавать биотопливо, что приводит к энергосбережению.
Аргументы «против» ГМО: Угроза организму человека – аллергические заболевания, нарушения обмена веществ, появление желудочной микрофлоры, стойкой к антибиотикам, канцерогенный и мутагенный эффекты. Угроза окружающей среде – появление вегетирующих сорняков, загрязнение исследовательских участков и др. Глобальные риски – активизация критических вирусов, экономическая безопасность.
Клонирование – создание многочисленных генетических копий одного индивида с помощью бесполого размножения. Впервые успешный эксперимент по клонированию был осуществлен в конце 60-х гг. 20 века в Оксфордском университете Гёрдоном на лягушке, ученый доказал, что информации, содержащейся в ядре любой клетки достаточно для развития полноценного организма. В 1996 г. В Шотландии клонировали овцу Долли из клетки эпителия молочной железы. (рис. 94, стр.187).
Существуют этические аспекты развития биотехнологии! Активное внедрение биотехнологий в медицину и генетику человека привело к появлению специальной науки-биоэтики. Биоэтика- наука об этичном отношении ко всему живому, в том числе и к человеку. В 1996 г. Совет Европы принял Конвенцию о правах человека при использовании геномных технологий в медицине. Всякое изменение генома человека может производиться только лишь на соматических клетках.
Перспективы будущего. Сегодня уже известны примеры вживления в организм человека микрочипов, клонирование человеческих органов находится в стадии разработки, кроме того существуют специальные костюмы которые помогают парализованным людям передвигаться, но пока они находятся на стадии тестирования. Помимо технологий для человеческого тела, специалисты биотехнологий разрабатывают возможности увеличения количества белка в растениях, что позволит в будущем отказаться от мяса. В медицине разрабатываются вакцины против известных болезней, кроме того исследуется область омоложения клеточного уровня человека, что позволит замедлить старение. В промышленном секторе биотехнологии используются для получения биотоплива и биогаза, что снизит загрязнение окружающей среды и сократит размеры использования природных ресурсов.
