РЕФЕРАТ
Текст наукової роботи – 23 ст., 8 джерел.
Об’єктом дослідження у даній роботі є провідні напрямки біотехнології, їхній розвиток та перспективи розвитку у майбутньому.
Мета: Розглянувши різні напрямки біотехнології – їхню історію, а також найсучасніші дослідження, з’ясувати які з них є найбільш перспективними. Дослідити роль біотехнології в житті суспільства.
У ході дослідження реалізовані такі завдання:
. систематизовано напрямки біотехнології;
. з’ясовано перспективні галузі біотехнології;
. визначена роль біотехнології в житті суспільства.
Методи дослідження: систематизація та аналіз.
Практичне значення: дана робота може бути використана як додатковий матеріал при вивченні у школах на уроках біології тем присвячених біотехнології.
Зміст вміщує в собі – вступ, 2 розділи, висновки, список використаної літератури.
1 ВСТУП
Біотехнологія – це сукупність промислових методів, які застосовують для виробництва різних речовин із використанням живих організмів, біологічних процесів чи явищ. Сам термін “біотехнологія” з’явився в 70-их роках XX ст. (біос – життя, технос – мистецтво, майстерність, логос – слово, вчення) хоча біотехнологічні принципи людина розробила уже давно – використання життєдіяльності мікроорганізмів для випікання хліба, виготовлення сиру та інших молочних продуктів, виноробства, пивоварення.
Зараз технологія біологічних процесів набирає в сучасному світі винятково велике значення. Взаємодія молекулярної біології, генетики, генної інженерії, біохімії і мікробіології, хімії і хімічної технології в області проблем біотехнології веде до створення нових біологічних агентів, вдосконалення керування біосинтезу тощо.
Біотехнологію умовно поділяють на два розділи :
1) традиційна (куди входить технологічна мікробіологія, а також технічна, біохімічна та інженерна ензимологія);
2) нова (куди входять генетична та клітинна інженерія).
2 ПЕРСПЕКТИВНІ НАПРЯМКИ ТРАДИЦІЙНОЇ БІОТЕХНОЛОГІЇ
2.1 Ферментація в біотехнології
Традиційна біотехнологія заснована на ферментації. За останні 30 років виник ряд нових виробництв, що базуються на використанні різних міцеліальних грибів, дріжджів, бактерій, рідше водоростей. За допомогою мікроорганізмів отримують такі лікарські препарати як кортизон, гідрокортизон і деякі інші, які відносяться до групи стероїдів.
Мікроорганізми використовують для отримання деяких нуклеотидів і цитохромів. Вони є продуцентами вітамінів В2 і В12, які використовують для синтезу бета-каротину. Широко використовують полісахариди, отримані в значній кількості завдяки ряду мікроорганізмів. Їх застосовують в медицині, наприклад, як замінник плазми крові – декстран, в харчовій, текстильній, парфумерній промисловості і для збільшення добутку нафти. Розширюється можливість масового виробництва на застосуванні вірусних та бактеріальних препаратів для профілактики захворювань сільськогосподарських тварин.
Також мікроорганізми використовують в хлібопеченні, для отримання оцту, молочнокислих продуктів, етанолу, гліцерину, ацетону, бутанолу та ряду органічних кислот.
Одним з найбільш перспективних напрямків традиційної біотехнології є використання мікроорганізмів як один з засобів захисту рослин від шкідників.
2.2 Засоби захисту рослин
Розвиток цього напрямку зумовлюється багатьма вадами пестицидів та інших засобів захисту рослин.
По-перше, абсолютна більшість пестицидів є сильними біологічними активними речовинами і негативно впливають на рослини. Це може виразитись в погіршенні росту, розвитку і загального стану рослини.
По-друге, дуже часте використання пестицидів може знищити всю мікрофлору, в першу корисну, так як вона є дуже чутливою до пестицидів. Цим порушуються нормальні мікробіологічні процеси в грунті, в тому числі симбіотичні і асоціативні, що часто призводить до зниження супротивлення рослин шкідникам, хворобам, бур’янам. Це може проявитись і в період зберігання врожаю, коли відбувається зміна мікрофлори поля на мікрофлору сховища. Приклад – збільшення псування картоплі збуджувачами м’якої гнилі, внаслідок багаторазових опрацювань пестицидами проти колорадського жука і фіофтори, особливо на фоні надлишку органічних і азотних добрив.
По-третє, невміле використання пестицидів може сприяти появі нових стійких форм організмів-шкідників.
В ситуації, що склалась в сільському господарстві одним з виходів є заміна пестицидів на мікроорганізми (бактерії, актиноміцети, гриби), живі організми (хижаки і паразити шкідників і збуджувачів хвороб), або продукти їхньої життєдіяльності.
Для цієї заміни зроблено чимало.
Вже зараз отримані препарати мікроорганізмів, відібрані комахи-
хижаки, кліщі та нематоди, паразитичні організми різного рівню організації.
Опрацьовані методи вирощування таких тварин і мікроорганізмів і їх
застосування в полі і закритому грунті. Препарати для боротьби з фітофагами
надходять в продаж з інструкцією по використанню.
Набагато важче склались справи з біозахистом рослин від хвороб. Не дивлячись на багаточисленні розробки біопрепаратів для захисту рослин від хвороб поки тільки деякі з них рекомендовані для використання.
Це перш за все антибіотики, які мають деякі переваги в порівнянні з фунгицидами: вони в основному добре розчиняються в воді, досить стійкі до навколишнього середовища, досить легко проникають в тканини рослини. Ці їхні ознаки дозволяють використовувати їх для придушення збуджувачів хвороби. Майже всі антибіотики спроможні придушувати широке коло патогенів: гриби, бактерії і мікоплазми. Проводяться пошуки і антивірусних антибіотиків. В деяких країнах дозволено використовувати антибіотики медицинського призначення або синтезовані для захисту рослин в чистому вигляді або в суміші з фунгицидами.
Деякі зарубіжні фірми вже випускають препарати антибіотиків спеціально для захисту рослин: бластоцидин, касугиміцин, поліоксин, валідаміцин та інші. В нашій країні найбільш поширенішими антибіотиками є трихотецин, фітобактеріоміцин і фітолавін-100.
Антибіотики є продуктами біотехнології, але все-таки їх важко визнати
засобами біометоду захисту рослин. Принципово вони не відрізняються від
звичайних фунгицидів і бактеріоцидів хімічної природи, крім того що вони є
продуктами життєдіяльності мікроорганізмів. Це звичайні органічні
з’єднання, але синтезовані не в хімічному реакторі, а живою клітиною.
Антибіотики володіють всіма перевагами та вадами хімічних пестицидів:
1. Антибіотики активні не тільки проти патогенів, але й проти всієї мікрофлори рослини.
2. Антибіотики токсичні для теплокровних тварин, в тому числі й для людини і погано впливають на рослину. Виняток складають, наприклад, антибіотики пеницилінового ряду, які порушують синтез клітинної стінки бактерій.
3. Застосування антибіотиків призводить до відбору мікроорганізмів, в тому числі й патогенів, стійких до їх дії. Цей фактор робить нереальним застосування більшості антибіотиків в сільському господарстві.
4. Вартість препаратів, виготовлених на основі антибіотиків, вища вартості препаратів хімічної природи.
Зважаючи на ці фактори, можна сказати, що застосування антибіотиків для захисту рослин від хвороб не має перспективи, якщо тільки не будуть знайдені високоспецифічні сполуки, які б вибірково знищували патогени, при цьому не завдаючи шкоди рослинам, тваринам і корисним мікроорганізмам.
Щоб уникнути негативних наслідків застосування антибіотиків були
зроблені спроби використовувати мікроорганізми продуценти антибіотиків.
Антагонізм характерний для більшості мікроорганізмів, що знаходяться на
всіх частинах рослин і всередині тканин рослин. Особливо сильний антагонізм
проявляється серед грунтових мікроорганізмів, де мікрофлора дуже
різноманітна і густота мікробного населення дуже висока. Властивість
антагонізму привернула увагу мікробіологів, що працюють в області медицини
фітопатології рослин, харчової промисловості. За останні 40 років
дослідниками-мікробіологами зроблена величезна робота по виявленню
антагоністів, вивченню їхньої біології, взаємовідносин з патогенами та
іншими мікроорганізмами, відношенню до рослин і тварин. В результаті серед
грибів, бактерій і більшості актиноміцетів виявлені антагоністи практично
до всіх патогенних грибів, бактерій, актиноміцетів і навіть мікоплазма.
Знайдені віруси фітопатогенних бактерій і актиноміцетів, виявлені паразити
паразитів на різних рівнях організації живого. Таким чином, створений
арсенал для розвитку класичного методу біологічного захисту рослин, який
передбачає використання живих організмів для контролю числа небажаних (в
тому числі патогенних) організмів в агроценозі.
Американські мікробіологи Каліфорнійського університету в місті
Берклі звернули увагу на те, що в умовах Каліфорнії більшість цитрусових
пошкоджується слабкими заморозками (0оС) за рахунок утворення кристаликів
льоду в тканинах рослин. Більш того пошкоджуються не всі рослини підряд, а
вибірково, стійкість до заморозків залежить від сорту та виду рослин.
Зацікавившись цим явищем, група дослідників під керівництвом Ліндов
виявила, що за це явище відповідальні бактерії, що існують на листках і в
тканинах рослин. Це бактерії Pseudomonas syringae, які відносяться до
великої групи бактерій, що викликають хвороби листків і пагонів рослин, і
Erwinia herbicola – бактерії кишечної групи, які викликають ураження
коренів рослини. Обидва види бактерій заселяють тканини цитрусових без
помітних ознак їх пошкодження, але в той же час не можуть існувати за
межами рослини і швидко гинуть в грунті, воді та інших можливих
середовищах. В випадку утворення кристалів льоду неважко виділити мутантні
клітини, що втратили цю здатність, але не змінили здатність заселяти
тканини рослин. При обробці молодих рослин кукурудзи, томатів або полуниці
суспензією клітин бактерій Pseudomonas syringae, що втратили здатність
утворювати кристали льоду, рослини нормально заселяються бактеріями і не
пошкоджуються заморозками. Отже, можна захистити рослини, якщо замінити
“нормальну” мікрофлору такою самою, але мутантною, яка втратила здатність
до синтезу фактору утворення льоду. Важливим є те, що такі мікроорганізми
тісно зв’язані з рослиною і не допускають заселення родинними організмами.
Дійсно, рослини, заселені мутантними бактеріями, не в змозі заселяться
такими самими клітинами дикого типу, які утворюють кристали. Але якщо
рослина вже заселена клітинами бактерій дикого типу, то вона вже не може
заселятись мутантними. Таким чином, для успішного захисту рослини цим
способом необхідно зробити її хоча б частково стерильною або по крайній
мірі зменшити кількість клітин дикого типу. Цього можна добитись,
наприклад, попереднім опрацюванням хімічними речовинами, або, як
запропонували американські вчені, препаратом вірусів бактерій
(бактеріофагів), до якого чутливі клітини дикого типу, але стійкі мутантні.
Зараз в США та в деяких інших країнах розроблені препарати для
захисту рослин від заморозків і проводиться їх ретельна перевірка в
контролюючих умовах на можливу патогенність до широкого кола господарів,
токсичність і віддалені наслідки для людини і екологічну нешкідливість.
Існує побоювання, що витіснення з природи бактерій, що утворюють кристали
льоду, може порушити процеси утворення дощу та снігу.
Але поки проходять досліди, створені і відпрацьовуються комплекси препаратів найрізноманітніших напрямків. Наприклад, з допомогою сучасних методів отримані бактерії псевдомонад, які володіють антагонізмом до ряду збуджувачів хвороб, які здатні заселяти листки рослин або корені і синтезувати токсини проти комах. Отже, отриманий препарат, що здатний стати прообразом майбутніх біопрепаратів комплексної дії для захисту рослин від шкідників і хвороб. Необхідна тривала і ретельна перевірка цього препарату в контролюючих умовах, але вже зараз він знайшов собі застосування як біоінсектицид. Вбиті клітини цих бактерій в два рази довше утримують токсин на листках рослини, ніж клітини бацил.
Інтенсивне вивчення взаємовідносин між мікро- та макро- організмами в біогеоценозах на всіх можливих рівнях (популяційному, організмовому, клітинному і молекулярному) дає право надіятись, що вже в найближчий час будуть встановлені нові закономірності, на основі яких будуть розроблені методи біологічного контролю складу агроценозів. Одним зі способів здійснення такого контролю може бути застосування препаратів різних типів та властивостей на основі живих мікроорганізмів.
2.3 Традиційна біотехнологія в інших сферах життя
Також життєдіяльність мікроорганізмів використовується ще в деяких галузях людського буття. Так, наприклад в кондитерській промисловості широко використовують лимонну кислоту, яку дістають в результаті життєдіяльності спеціально виведених мікроорганізмів. Зараз в світі виробляється близько 400 тис. тонн цього продукту. Такої кількості лимонної кислоти не забезпечили б жодні цитрусові плантації.
Все ширше стає асортимент ферментів — протеази, нуклеази, амілази, глюкоамілази, каталази – які продукують мікроорганізми; деякі з них, наприклад, нуклеази, використовують в генній інженерії.
Крім того, мікроорганізми використовують для отримання вакцин.
Перспективним є використання мікроорганізмів у гідрометалургії для вилужування металів із бідних руд з метою підвищення їхнього добутку.
3 ПЕРСПЕКТИВНІ НАПРЯМКИ НОВОЇ БІОТЕХНОЛОГІЇ
Коли кажуть про нову біотехнологію, то мають на увазі генетичну і клітинну інженерію, які створили можливість переробки спадкового апарату організмів.
3.1 Клітинна інженерія
Рослини мають ряд переваг перед тваринами, бо майже у всіх рослин можна одержати з однієї соматичної клітини цілу рослину, яка має здатність до запліднення і утворення насіння. На цьому етапі діє клітинна інженерія, розвиток якої пов’язаний з технікою культивування клітин і тканин вищих організмів, яка вже пробила собі дорогу в промисловість.
Під час культивування клітини вищих рослин можуть розглядатись як
типовий мікрооб’єкт, що дозволяє застосовувати до них не лише технологію і
апаратуру, але і логіку експериментів, які прийняті в мікробіології.
Культивовані клітини в ряді випадків зберігають тотипотентність, тобто
здатність перейти до виконання програми розвитку, в результаті якого із
культивованої соматичної клітини виникне ціла рослина, яка здатна до
нормального розвитку і розмноження.
Крім того, потрібно підкреслити, що техніка культури соматичної клітини зараз стає винятково важливим інструментом в генетичній інженерії і біотехнології.
Для культивування можуть використовуватись клітини пухлинних тканин, клітини різноманітних органів, лімфоцити, фібропласти, ембріони і т.д. Дуже часто використовуються для наукових цілей перевиваїмі лінії, які можна культивувати як завгодно довго. Це клітини нирок людини і тварин, ракові клітини людини (Hela) т.ін.
Клітини тварин і людини вирощують в спеціальних середовищах в вигляді монослою на склі. Для вирощування суспензійних культур використовують найрізноманітніші судини-хемостати, ферментери, флакони.
Щоб клітини гарно росли, необхідне їхнє постійне переміщення. Для цього розроблені способи культивування клітин за принципом безперервної зміни середовища (хемостати). Культивування клітин проводять при визначеній температурі (37оС) і РН середовища (6,8…7,5). Основними компонентами середовищ для культури є: мінеральні солі, амінокислоти, вітаміни, антибіотики. Зараз технологія культивування деяких типів клітин тварин настільки гарно відпрацьована, що може широко використовуватись в виробничих умовах для отримання різних продуктів.
Застосування культури клітин людини і тварин для практичних цілей
почалось вперше з робіт, в яких була продемонстрована можливість
вирощування вірусів в культивуючих клітинах. Для цього були (1949 р.)
використані клітини нирок людського зародку, нирок дорослих мавп, клітини
кур’ячого ембріону, а також клітини перевиваїмих ліній – Hela, BHK-21
(клітини нирки ембріонів хом’яка) т. ін. Застосування методу клітинних
культур дозволило налагодити нарощування вірусів в необхідній кількості і в
досить чистому вигляді, що сприяло розвитку діагностики вірусних
захворювань і отриманню необхідних для медицини вакцин.
Важливе значення для розвитку клітинної біотехнології мали праці по гібридизації соматичних клітин. В 1960 р. французький вчений Ж.Барський вперше виявив, що соматичні клітини тварин здатні зливатись і об’єднувати генетичну інформацію двох батьківських клітин. Але утворення гібридних клітин в звичайних умовах відбувається дуже рідко.
Тому була розроблена техніка гібридизації соматичних клітин з
використанням інактивованих вірусів парагрипу типу Сендай, здатного
“склеювати” і зливати клітини між собою. При отриманні вірусу Сендай
вдалось добути гібриди клітин абсолютно різних видів організмів. Відомі
міжвидові гібридні клітини, наприклад людини і миші, курчатка і людини,
москита і людини, корови та норки та інші. Виявилось можливим також
гібридизувати клітини з різних тканин, наприклад лімфоцити і фібропласти,
нормальні та пухлинні клітини.
Метод гібридизації соматичних клітин тварин і людини зараз знайшов виключно важливе застосування для отримання моноклональних антитіл.
Відомо, що антитіла, що утворюються в організмі в відповідь на введення антигена (бактерії, вірусу і т. ін.), є білками, що називаються імуноглобулінами і захищають організм від хвороб. Але будь-яке чужерідне тіло, яке вводиться в організм, це суміш різних антигенів, що будуть збуджувати продукцію різних антитіл. До того ж в сиворотці крові імунизованих тварин антитіло завжди є сумішшю, що складається з антитіл, які продукуються різними лімфоїдними клітинами. Та для практичних цілей необхідні антитіла одного типу, тобто моноспецифічні сиворотки з одним типом антитіл. Очистка одного типу антитіл від сумішей – справа дуже складна і трудомістка. І ось в 1975 р. Келером і Мільдштеймом був розроблений спосіб отримання гібридів між лімфоцитами мишей, імунизованих перед цим якимось антигеном і культивуюмими пухлинними клітинами кісткового мозку (мієломними клітинами).
Ці гібридні клітини отримали назву гібридоми. Вони об’єднали в собі
здатність лімфоциту утворювати необхідні антитіла (одного типу) і здатність
пухлинних безкінечно довго розмножуватись на штучних середовищах.
Культивуючи гібридоми, а потім імізуючи ними тварин, можна отримати
антитіла необхідного типу і в необмежених кількостях. Показано, наприклад,
що з 50…100 мишей можна отримати грами моноклональних антитіл.
Моноклональні антитіла, отримані вказаним, зараз використовуються в різних
областях медицини і біології.
Виробництво моноклональних антитіл займає зараз одне з провідних місць в біотехнології. Крім широкого використання в фундаментальних дослідженнях вони застосовуються для отримання препаратів біологічно активних речовин високої чистоти, широко використовуються як діагностичні реагенти, наприклад для визначення груп крові. Моноклональні антитіла виявились перспективними для лікування ряду захворювань, і в особливості для лікування хворих злоякісними пухлинами.
Можна назвати 3 напрямки створення нових технологій на основі культивування клітин і тканин рослин:
Перше – отримання промисловим шляхом цінних біологічно-активних речовин рослинного походження. Так отримані мутантні клітинні лінії раувольфії змінної – продуценту індольних алкалоїдів, які містять в 10 разів більше цінного для медицини антиритмічного алкалоїду – аймаліну; дискореї дельтовидної – продуценту диогеніну, який використовується для синтезу гормональних препаратів; отриманий штам рути пахучої, який містить в 220 разів більше алкалоїду рутакридона, ніж в самій рослині; із суспензійної культури наперстянки шорсткої, яка містить серцевий глікозид – дигитоксин, отримали більш якісну форму – дигоксин – для використання в медицині; із суспензійної культури м’яти отримали ментол для трансформації пулегона і ментола.
Дослідження, які були проведені в наукових лабораторіях світу, вже
реалізуються в промисловому отриманні клітинних біомас (жень-шень – в СНД,
воробейник – продуцент шиконігу, тютуну – продуцент убіхінола-10 – в
Японії).
Друге – використання тканинних і клітинних культур для швидкого клонального мікророзмноження та оздоровлення рослини. Можливість використання методів клонального розмноження в стерильній культурі виявлена зараз для 440 видів рослин, які належать до 82 родин. В порівнянні з традиційними методами розмноження, які використовуються в сільськогосподарській практиці, клональне розмноження в культурі дає ряд переваг:
1) коефіцієнт розмноження вище, ніж при звичайних методах розмноження. Так, з однієї рослини гербери методом традиційної селекції за рік можна одержати 50-100 рослин, а при розмноженні через культуру – до 1 млн.; з однієї верхівки яблуні за 8 місяців культури можна одержати 60 тисяч рослин;
2) можна підтримувати ріст цілий рік;
3) тисячі рослин можуть рости на невеликій лабораторній площі;
4) разом із розмноженням часто відбувається оздоровлення рослин від вірусів та патогенів;
5) цим методом можна отримувати рослини, які важко або зовсім не розмножуються вегетативно, наприклад, пальма.
Мікроклональне розмноження добре ведеться з картоплею, капустою, часником, томатами, цукровим буряком; серед ягідних культур – найбільші успіхи досягнуті у суниці; серед декоративних культур – у іриса, гіацинта, фрезії, гладіолуса, лілії, орхідних, гвоздики, нарцизів, тюльпанів, гербери.
В останній час широкого використання отримала безвірусна розсада
полуниці та картоплі. Фірма “Кева хакко” розробила технологію масового
вирощування розсади лілій культурою в ємкості. Ведуться дослідження
отримання штучного насіння, в особливості гібридів рису першого покоління.
Так звану бляшкову розсаду квітів і овочів вирощують методом культури
клітин (тканини) і доставляють фермерам в розсадних горщиках в лотках.
Техніку зливання клітин вже зараз застосовується в рослинництві. Так, методом асиметричного зливання в Японії, наприклад, добуті стійкі до нематодів кабачки.
Ще в 1988 р. фірма “Кірін біру” сумісно з американською фірмою розробила штучне насіння і техніку масового виробництва клонів салату латука і сельдереї. Ці ж фірми створили таку саму техніку масового використання зародків рису. Право застосовувати ці відкриття на праці отримала корпорація “Технологія розсади”.
Біотехнологічні дослідження по рису найбільш активно проводять японські фірми “Міцуї таацу когаку”, “Хокко кагако”, “Ніпон секію”.
Третю групу складають технології, які пов’язані з генетичними маніпуляціями на тканинах, клітинах, ізольованих протопластів. Мова про ці технології піде в наступному розділі.
3.2 Генна інженерія
Суть генної інженерії полягає в штучному створенні (хімічний синтез,
перекомбінації відомих структур) генів з конкретними необхідними для людини
властивостями і введення його у відповідну клітину (на сьогодні це частіше
всього бактеріальні клітини, наприклад, кишкова паличка) – створення
“штучної” бактерії – лабораторії по виготовленню необхідного для людини
продукту.
3.2.1 Генна інженерія в тваринництві
Багато спеціалістів, що працюють в області нових методів розведення
сільськогосподарських тварин, вважають, що вже в найближчий час генна
інженерія, пов’язана з пересадкою генів, стане наймогутнішим методом
отримання тварин з необхідними властивостями. Так, ще в 1986 році
австралійські вчені вперше в світі створили трансгенну вівцю шляхом
введення в ембріон гену, відповідального за синтез гормону росту овець.
Були експерименти по передачі гену людського гормону росту в генетичний
апарат (ДНК) свині. В 1999 році вчені з Гарвардського університету (США)
виділили ген, присутній в кур’ячих ніжках і відповідальний за їхній ріст.
Ген пересадили в крила курчат, і через кілька місяців були створені перші в
світі чотириногі кури. Вчені вважають, що ці тварини будуть мати велике
значення в тваринництві майбутнього.
Великі можливості відкриваються для біотехнології при використанні методу клонування ссавців. Цей метод вже застосовується, наприклад, в ембріології корів і овець. Ембріони, що складаються з 60-80 клітин, роздрібнюють в спеціальних посудинах їх підрощують до утворення ембріонів, а потім трансплантують самицям. Таким чином, в принципі, з одного ембріону можна отримати кілька десятків тварин.
Найбільш розвинутий в наш час напрям в біотехнології тварин – це
трансплантація ембріонів. Цей метод дозволяє перш за все пришвидшити
розведення тварин з високими спадковими якостями, а також зберегти цінний
генофонд, так як отримані ембріони можна консервувати замороженням і
зберігати скільки завгодно. З допомогою цього методу вже отримують до 80
нащадків з однієї корови за два роки. В США таким способом було отримано ще
1980 році 23 тисячі телят, а в Канаді – 7 тис.
3.2.2 Генна інженерія в рослинництві
Важливе значення для генетичної інженерії і біотехнології має розроблений в останні 220-25 років метод ізольованих протопластів. Він дозволяє з допомогою ферментативного гідролізу руйнувати клітинні стінки і виділяти в великій кількості “гай” клітини, позбавлені клітинної оболонки і оточені тільки плазмалемою. Такі кулеподібні клітинні утворення були названі протопластами. Протопласти відрізняються від звичайних клітин такими важливими властивостями, як здатність зливатись одне з одним при визначених умовах, поглинати з навколишнього розчину різні молекули (білки, нуклеїнові кислоти) і різні органели та мікроорганізми. І особливо цінно, що протопласти здатні на спеціальному середовищі ренегерувати (синтезувати знову) клітинну оболонку, ділитись, утворюючи калус, і ренегерувати цілу рослину.
До 1985 року вважалось, що вивести однодольні рослини з протопласту неможливо. Але в цьому році в деяких наукових інститутах Японії відтворили рис. Були подані заявки на реєстрацію мутантних сортів рису: короткостебельний міцуї байосаса №1 (вивела хімічна фірма “Міцуї тоацу кагаку”) і низькостебельний пізній хацуюме (вивів науково-дослідницький інститут фітоінженерії Японії). Це доводить практичну цінність селекції з використанням протопласту.
При праці з однодольними рослинами використовують плазмиди кишкової палички, для введення генів застосовують поліетиленгліколь або електроперфорацію. Але відомих корисних генів небагато: інсектицидні гени, гени стійкості до вірусів, гербицидів, гени забарвлення кольорів. Ця технологія набагато складніша зливання клітин. Саме відтворення цієї методики потребує великих витрат. В зв’язку з цим актуальні різні форми міжнародного співробітництва, але при цьому виникає проблема права на інтелектуальну власність.
Прибутки, що можна отримувати, застосовуючи досягнення генної
інженерії, дуже зацікавили фірми зовсім інших галузей промисловості. Так,
фірма “Саппоро біру” (один з провідних виробників пива в Японії) розробила
технологію масового вирощування клональної розсади орхідей. Хімічна фірма
“Ніппон сьокубай кагаку” розробила систему вирощування декоративних рослин
для прикрашення службових приміщень.
Нові досягнення в генній інженерії можуть мати дуже велике значення
для сільського господарства. І вже зараз деякі сорти виведених за новими
технологіями рослин знаходять собі місце на посівних площах різних країн.
Для прикладу можна взяти сорти картоплю, що містять ген Bt. Цей ген, що
походить від значно поширеної грунтової бактерії Bacillus thuringiensis,
виробляє інсектицидний кристалічний білок. Коли комаха-шкідник з’їдає
бактерію або клітини рослини, які містять цей білок, він викликає у комах
розклади, що унеможливлює травлення. Бактерія (Bt) має багато видів. Кожен
вид бактерії здатен чинити негативний вплив тільки на один або декілька
видів комах. Вид Bacillus thuringiensis вбиває тільки жуків тінебріонідів,
до яких належить колорадський жук, який знищує велику кількість урожаю в
Україні.
Використовуючи тонку методику наукової генної інженерії, генетикам
вдалось трансплантувати ген, який є носієм коду Bt-білка, з бактерії в
організми кількох різних видів рослин (деякі сорти картоплі, кукурудзи,
бавовника т. ін.). Агентство США з охорони навколишнього середовища,
Агентство США з контролю за продуктами харчування та медичними препаратами,
Міністерство сільського господарства в США та тисячі вчених-професіоналів з
усього світу встановили, що кристалічні Bt- білки та їхні гени-перемикачі
не можуть завдати жодної шкоди здоров’ю чи життю людини.
Трансгенна картопля не вирішує всіх проблем у сільському господарстві, проте вона, поза сумнівом, є кроком на шляху до ефективного сільського господарства, яке значною мірою зменшить використання тицидів, покращить сільськогосподарську технологію і, що найважливіше, збільшить виробництво картоплі шляхом боротьби зі шкідниками (вчені вважають, що продуктивність сільського господарства до 2010 р. в країнах, що розвиваються, за рахунок використання біотехнології зросте на 25-30%).
3.2.3 Генна інженерія на користь людини
Успіхи генної інженерії можуть бути використані на користь самій людині – у боротьбі зі спадковими хворобами (нині з’явилась можливість отримувати білок таким шляхом, який визначає синтез трамбопластину – перший етап засідання крові); отримана сироватка проти однієї із форм гепатиту; ведуться дослідження з вірусами грипу, створені продуценти біологічно активних речовин – інсулін (необхідний для лікування діабету), самотропний гормон (природний стимулятор росту), інтерферон (білкова речовина, яка сприяє активній боротьбі клітин організму з вірусами).
А в 1999 році група генетиків на чолі з Саймоном Мак-Квін Мезоном з університету Йорку (Великобританія) зуміла отримати унікальний природний клей. Він створений на основі білка, що виробляється мідіями виду “Мутілус галопровінціаліс”. Білок володіє незвичайною клейкістю, еластичністю і одночасно з цим відштовхує воду. Хімічна структура дозволяє йому проходити між молекулами двох різних речовин, об’єднуючи їх ще міцніше. Для отримання цього клею не потрібно вбивати тисячі молюсків. Вчені вже перемістили генетичний код білка в тютюнові рослини, і з листків цих рослин тепер клейка речовина буде добуватися промисловим шляхом. Дуже важливою особливістю клею стало те, що він не відштовхується людським організмом і може скріплювати живі тканини. Вчені вважають, що новий клей зробить революцію в медицині.
ВИСНОВОК
Працюючи над цією роботою, я дійшов висновку, що найбільш економічно ефективними (при їхньому комплексному застосуванні і створенні безвідходних виробництв, не порушуючих екологічної рівноваги) є біотехнології, засновані на досягненнях мікробіології та генної інженерії. Їхній розвиток дозволить замінити багато великих заводів хімічної промисловості на екологічно чисті компактні виробництва.
Отже, біотехнологія спроможна допомогти людству вирішити деякі питання його розвитку (проблеми здоров’я, харчування т. ін.).
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. Беляев Д.К., Рувинский А.О. “Общая биология”, М.:”Просвещение”. 1992,
270 ст.
2. Вервес Ю.Г., Кучеренко М.Є., Балан П.Г. “Загальна біологія” – К.:
Генеза, 1998, 464 ст.
3. Слюсарев А.О. “Біологія” – К.: Вища школа, 1995, 607 ст.
4. “Промышленное освоение биотехнологии” – Казаку кейдзай, 1989, №8, 164 ст.
5. Химизация сельского хозяйства, “Успехи биотехнологии в Японии”,
Мельников А.Г., №3, 1990.
6. Наука і суспільство, “Нові біопрепарати”, №11, 1990.
7. Пропозиція, “Біотехнологія і розвиток агросфери”, СозіновО., №7, 1998.
8. Новини захисту рослин “Біотехнологія в Україні: проблема трансгенної картоплі”, Владимиров В., №8, 1999.
9. Викладання біології “Біотехнологія: перспективи розвитку”, Маруненко
І.М., №7, 1997.
ЗМІСТ
|1 |Вступ |3 |
|2 |Перспективи розвитку традиційної біотехнології |4 |
| |2.1 Ферментація в біотехнології |4 |
| |2.2 Засоби захисту рослин |4 |
| |2.3 Традиційна біотехнологія в інших сферах життя |10 |
|3 |Перспективні напрямки нової біотехнології |11 |
| |3.1 Клітинна інженерія |11 |
| |3.2 Генна інженерія |16 |
| |3.2.1 Генна інженерія в тваринництві |16 |
| |3.2.2 Генна інженерія в рослинництві |17 |
| |3.2.3 Генна інженерія на користь людині |20 |
|4 |Висновок |21 |
|5 |Список використаної літератури |22 |