в чем преимущество клонирования по сравнению с традиционными методами селекции
Методы, достижения и перспективы развития биотехнологии
Вопрос 1. Что такое биотехнология?
Биотехнология — это использование организмов, биологических систем или биологических процессов в промышленном производстве. К отраслям биотехнологии относятся генная, хромосомная и клеточная инженерия, клонирование сельскохозяйственных растений и животных, использование микроорганизмов в хлебопечении, виноделии, производстве лекарств и др.
Вопрос 2. Какие проблемы решает генная инженерия? С какими трудностями связаны исследования в этой области?
Методы генной инженерии позволяют ввести в генотип одних организмов (например, бактерий) гены других организмов (например, человека). Генная инженерия позволила решить проблемы промышленного синтеза микроорганизмами различных человеческих гормонов, например инсулина и гормона роста. Путем создания генетически модифицированных растений она обеспечила появление сортов, устойчивых к холодам, заболеваниям и вредителям. Основной трудностью для генной инженерии является наблюдение и контроль за деятельностью привнесенной извне ДНК. Важно знать, способны ли трансгенные организмы выдерживать «нагрузку» чужеродных генов. Существует также опасность самопроизвольного переноса (миграции) чужеродных генов в другие организмы, в результате чего они могут приобрести нежелательные для человека и природы свойства. Не на последнем месте стоит и этическая проблема: а имеем ли мы право переделывать живые организмы ради собственного блага?
Вопрос 3. Как вы думаете, почему селекция микроорганизмов приобретает в настоящее время первостепенное значение?
Существует несколько причин повышения интереса к селекции микроорганизмов:
легкость селекции (по сравнению с растениями и животными), которая обусловлена большой скоростью размножения и простотой культивирования бактерий;
огромный биохимический потенциал (разнообразие осуществляемых бактериями реакций — от синтеза антибиотиков и витаминов до выделения из руд редких химических элементов);
простота генно-инженерных манипуляций;
важно также то, что встроенный в ДНК бактерии ген автоматически начинает работать, поскольку в отличие от эукариотических организмов все гены прокариотов активны.
В результате на сегодняшний день существует огромное число примеров использования новых штаммов бактерий на практике: производство продуктов питания, гормонов человека, переработка отходов, очистка сточных вод и др.
Вопрос 5. Какие организмы называют трансгенными?
Трансгенными (генетически модифицированными) называют организмы, содержащие искусственные дополнения в геноме. Примером (помимо упомянутой выше кишечной палочки) могут служить растения, в ДНК которых встроен фрагмент бактериальной хромосомы, ответственный за синтез токсина, отпугивающего вредных насекомых. В результате получены сорта кукурузы, риса, картофеля, устойчивые к вредителям и не требующие использования пестицидов. Интересен пример лосося, ДНК которого дополнили геном, активирующим выработку гормона роста. В результате лосось рос в несколько раз быстрее, и вес рыб оказался гораздо больше нормы.
Вопрос 6. В чем преимущество клонирования по сравнению с традиционными методами селекции?
Клонирование направлено на получение точных копий организма с уже известными характеристиками. Оно позволяет добиваться лучших результатов в более короткие сроки, чем традиционные методы селекции. Клонирование дает возможность работать с отдельными клетками или небольшими зародышами. Например, при разведении крупного рогатого скота зародыш теленка на стадии недифференцированных клеток разделяют на фрагменты и помещают их в суррогатных матерей. В результате развиваются несколько идентичных телят с необходимыми признаками и свойствами.
При необходимости можно использовать и клонирование растений. В этом случае селекция происходит в клеточной культуре (на искусственно культивируемых изолированных клетках). И лишь затем из клеток, обладающих необходимыми свойствами, выращивают полноценные растения.
Наиболее известный пример клонирования — пересадка ядра соматической клетки в развивающуюся яйцеклетку. Эта технология в будущем позволит создать генетического двойника любого организма (или, что более актуально, его тканей и органов).
Методы, достижения и перспективы развития биотехнологии
Вопрос 1. Что такое биотехнология?
Биотехнология — это использование организмов, биологических систем или биологических процессов в промышленном производстве. К отраслям биотехнологии относятся генная, хромосомная и клеточная инженерия, клонирование сельскохозяйственных растений и животных, использование микроорганизмов в хлебопечении, виноделии, производстве лекарств и др.
Вопрос 2. Какие проблемы решает генная инженерия? С какими трудностями связаны исследования в этой области?
Методы генной инженерии позволяют ввести в генотип одних организмов (например, бактерий) гены других организмов (например, человека). Генная инженерия позволила решить проблемы промышленного синтеза микроорганизмами различных человеческих гормонов, например инсулина и гормона роста. Путем создания генетически модифицированных растений она обеспечила появление сортов, устойчивых к холодам, заболеваниям и вредителям. Основной трудностью для генной инженерии является наблюдение и контроль за деятельностью привнесенной извне ДНК. Важно знать, способны ли трансгенные организмы выдерживать «нагрузку» чужеродных генов. Существует также опасность самопроизвольного переноса (миграции) чужеродных генов в другие организмы, в результате чего они могут приобрести нежелательные для человека и природы свойства. Не на последнем месте стоит и этическая проблема: а имеем ли мы право переделывать живые организмы ради собственного блага?
Вопрос 3. Как вы думаете, почему селекция микроорганизмов приобретает в настоящее время первостепенное значение?
Существует несколько причин повышения интереса к селекции микроорганизмов:
легкость селекции (по сравнению с растениями и животными), которая обусловлена большой скоростью размножения и простотой культивирования бактерий;
огромный биохимический потенциал (разнообразие осуществляемых бактериями реакций — от синтеза антибиотиков и витаминов до выделения из руд редких химических элементов);
простота генно-инженерных манипуляций;
важно также то, что встроенный в ДНК бактерии ген автоматически начинает работать, поскольку в отличие от эукариотических организмов все гены прокариотов активны.
В результате на сегодняшний день существует огромное число примеров использования новых штаммов бактерий на практике: производство продуктов питания, гормонов человека, переработка отходов, очистка сточных вод и др.
Вопрос 5. Какие организмы называют трансгенными?
Трансгенными (генетически модифицированными) называют организмы, содержащие искусственные дополнения в геноме. Примером (помимо упомянутой выше кишечной палочки) могут служить растения, в ДНК которых встроен фрагмент бактериальной хромосомы, ответственный за синтез токсина, отпугивающего вредных насекомых. В результате получены сорта кукурузы, риса, картофеля, устойчивые к вредителям и не требующие использования пестицидов. Интересен пример лосося, ДНК которого дополнили геном, активирующим выработку гормона роста. В результате лосось рос в несколько раз быстрее, и вес рыб оказался гораздо больше нормы.
Вопрос 6. В чем преимущество клонирования по сравнению с традиционными методами селекции?
Клонирование направлено на получение точных копий организма с уже известными характеристиками. Оно позволяет добиваться лучших результатов в более короткие сроки, чем традиционные методы селекции. Клонирование дает возможность работать с отдельными клетками или небольшими зародышами. Например, при разведении крупного рогатого скота зародыш теленка на стадии недифференцированных клеток разделяют на фрагменты и помещают их в суррогатных матерей. В результате развиваются несколько идентичных телят с необходимыми признаками и свойствами.
При необходимости можно использовать и клонирование растений. В этом случае селекция происходит в клеточной культуре (на искусственно культивируемых изолированных клетках). И лишь затем из клеток, обладающих необходимыми свойствами, выращивают полноценные растения.
Наиболее известный пример клонирования — пересадка ядра соматической клетки в развивающуюся яйцеклетку. Эта технология в будущем позволит создать генетического двойника любого организма (или, что более актуально, его тканей и органов).
3.19 Биотехнология: достижения и перспективы развития
Вопрос 1. Что такое биотехнология?
Биотехнология — это использование организмов, биологических систем или биологических процессов в промышленном производстве. К отраслям биотехнологии относятся генная, хромосомная и клеточная инженерия, клонирование сельскохозяйственных растений и животных, использование микроорганизмов в хлебопечении, виноделии, производстве лекарств и др.
Вопрос 2. Какие проблемы решает генная инженерия? С какими трудностями связаны исследования в этой области?
Методы генной инженерии позволяют ввести в генотип одних организмов (например,бактерий) гены других организмов (например, человека). Генная инженерия позволила решить проблемы промышленного синтеза микроорганизмами различных человеческих гормонов, например инсулина и гормона роста. Путем создания генетически модифицированных растений она обеспечила появление сортов, устойчивых к холодам, заболеваниям и вредителям. Основной трудностью для генной инженерии является наблюдение и контроль за деятельностью привнесенной извне ДНК. Важно знать, способны ли трансгенные организмы выдерживать «нагрузку» чужеродных генов. Существует также опасность самопроизвольного переноса (миграции) чужеродных генов в другие организмы, в результате чего они могут приобрести нежелательные для человека и природы свойства. Не на последнем месте стоит и этическая проблема: а имеем ли мы право переделывать живые организмы ради собственного блага?
Вопрос 3. Как вы думаете, почему селекция микроорганизмов приобретает в настоящее время первостепенное значение?
Существует несколько причин повышения интереса к селекции микроорганизмов:
легкость селекции (по сравнению с растениями и животными), которая обусловлена большой скоростью размножения и простотой культивирования бактерий;
огромный биохимический потенциал (разнообразие осуществляемых бактериями реакций — от синтеза антибиотиков и витами нов до выделения из руд редких химических элементов);
простота генно-инженерных манипуляций; важно также то, что встроенный в ДНК бактерии ген автоматически начинает работать, поскольку (в отличие от эукариотических организмов) все гены прокариотов активны.В результате на сегодняшний день существует огромное число примеров использования новых штаммов бактерий на практике: производство продуктов питания, гормонов человека, переработка отходов, очистка сточных вод и др.
Вопрос 4. Приведите примеры промышленного получения и использования продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.
С давних времен кисломолочные бактерии обеспечивают приготовление простокваши и сыра; бактерии, для которых характерно спиртовое брожение, — синтез этилового спирта; дрожжи используют в хлебопечении и виноделии.
С 1982 г. в промышленных масштабах получают инсулин, синтезируемый кишечной палочкой. Это стало возможным после того, как при помощи методов генной инженерии ген инсулина человека был встроен в ДНК бактерии. В настоящее время налажен синтез трансгенного гормона роста, который используется для лечения карликовости у детей.
Микроорганизмы участвуют также в биотехнологических процессах по очистке сточных мод, переработке отходов, удалению нефтяных разливов в водоемах, получению топлива.
Вопрос 5. Какие организмы называют трансгенными?
Трансгенными (генетически модифицированными) называют организмы, содержащие искусственные дополнения в геноме. Примером (помимо упомянутой выше кишечной палочки) могут служить растения, в ДНК которых встроен фрагмент бактериальной хромосомы, ответственный за синтез токсина, отпугивающего вредных насекомых. В результате получены сорта кукурузы, риса, картофеля, устойчивые к вредителям и не требующие использования пестицидов. Интересен пример лосося, ДНК которого дополнили геном, активирующим выработку гормона роста. В результате лосось рос в несколько раз быстрее, и вес рыб оказался гораздо больше нормы.
Вопрос 6. В чем преимущество клонирования по сравнению с традиционными методами селекции?
Клонирование направлено на получение точных копий организма с уже известными характеристиками. Оно позволяет добиваться лучших результатов в более короткие сроки, чем традиционные методы селекции.
Клонирование дает возможность работать с отдельными клетками или небольшими зародышами. Например, при разведении крупного рогатого скота зародыш теленка на стадии недифференцированных клеток разделяют на фрагменты и помещают их в суррогатных матерей. В результате развиваются несколько идентичных телят с необходимыми признаками и свойствами.
При необходимости можно использовать и клонирование растений. В этом случае селекция происходит в клеточной культуре (на искусственно культивируемых изолированных клетках). И лишь затем из клеток, обладающих необходимыми свойствами, выращивают полноценные растения.
Наиболее известный пример клонирования — пересадка ядра соматической клетки в развивающуюся яйцеклетку. Эта технология в будущем позволит создать генетического двойника любого организма (или, что более актуально, его тканей и органов).
В чем преимущество клонирования по сравнению с традиционными методами селекции
Подробное решение параграф § 33 по биологии для учащихся 10 класса, авторов Сивоглазов В.И., Агафонова И.Б., Захарова Е.Т. 2014
Что такое биотехнология?
Какое значение для промышленности и сельского хозяйства имеет селекция микроорганизмов?
Биотехнология позволяет не только получать важные для человека продукты, например антибиотики и гормон роста, этиловый спирт и кефир, но и создавать организмы с заранее заданными свойствами гораздо быстрее, чем с помощью традиционных методов селекции. Существуют биотехнологические процессы по очистке сточных вод, переработке отходов, удалению нефтяных разливов в водоёмах, получению топлива. Эти технологии основаны на особенностях жизнедеятельности некоторых микроорганизмов. Появляющиеся современные биотехнологии изменяют наше общество, открывают новые возможности, но одновременно создают определённые социальные и этические проблемы.
Вопросы для повторения и задания
1. Что такое биотехнология?
2. Какие проблемы решает генная инженерия? С какими трудностями связаны исследования в этой области?
Удобными объектами биотехнологии являются микроорганизмы, имеющие сравнительно просто организованный геном, короткий жизненный цикл и обладающие большим разнообразием физиологических и биохимических свойств. Одной из причин сахарного диабета является недостаток в организме инсулина — гормона поджелудочной железы. Инъекции инсулина, выделенного из поджелудочных желез свиней и крупного рогатого скота, спасают миллионы жизней, однако у некоторых пациентов приводят к развитию аллергических реакций. Оптимальным решением было бы использование человеческого инсулина. Методами генной инженерии ген инсулина человека был встроен в ДНК кишечной палочки. Бактерия начала активно синтезировать инсулин. В 1982 г. инсулин человека стал первым фармацевтическим препаратом, полученным с помощью методов генной инженерии.
3. Как вы думаете, почему селекция микроорганизмов приобретает в настоящее время первостепенное значение?
Микроорганизмы можно использовать во всех средах деятельности человека. Их легко использовать в лабораторных условиях. Например, в природе существует бактерия, которая выделяет токсин, убивающий многих вредных насекомых. Ген, отвечающий за синтез этого токсина, был выделен из генома бактерии и встроен в геном культурных растений. К настоящему времени уже созданы устойчивые к вредителям сорта кукурузы, риса, картофеля и других сельскохозяйственных растений. Выращивание таких трансгенных растений, которые не требуют использования пестицидов, имеет огромные преимущества, потому что, во-первых, пестициды убивают не только вредных, но и полезных насекомых, а во-вторых, многие пестициды накапливаются в окружающей среде и оказывают мутагенное влияние на живые организмы
4. Приведите примеры промышленного получения и использования продуктов жизнедеятельности микроорганизмов.
Инсулин, гормон роста, токсин, убивающий многих вредных насекомых.
5. Какие организмы называют трансгенными?
Так же как у бактерий, с помощью методов генной инженерии можно изменять и наследственный материал эукариотических организмов. Такие генетически перестроенные организмы называют трансгенными или генетически модифицированными организмами (ГМО). Канадские учёные ввели в наследственный материал лосося ген другой рыбы, который активировал ген гормона роста. Это привело к тому, что лосось рос в 10 раз быстрее и набирал вес, в несколько раз превышающий норму.
6. В чём преимущество клонирования по сравнению с традиционными методами селекции?
Подумайте! Вспомните!
1. Какие перспективы в развитии народного хозяйства открывает использование трансгенных животных?
Трансгенные животные, экспериментально полученные животные, содержащие во всех клетках своего организма дополнительную интегрированную с хромосомами и экспрессирующуюся чужеродную ДНК (трансген), которая передается по наследству по законам Менделя. Изредка трансген может реплицироваться и передаваться по наследству как экстрахромосомный автономно реплицирующийся фрагмент ДНК. Технология создания трансгенных животных является одной из наиболее бурно развивающихся биотехнологий в последние 10 лет. Трансгенные животные широко используются как для решения большого числа теоретических задач, так и в практических целях для биомедицины и сельского хозяйства. Некоторые научные проблемы не могли бы быть решены без создания трансгенных животных. На модели трансгенных лабораторных животных проводятся широкие исследования по изучению функции различных генов, регуляции их экспрессии, фенотипическому проявлению генов, инсерционному мутагенезу и др. Трансгенные животные важны для различных биомедицинских исследований. Существует множество трансгенных животных, моделирующих различные заболевания человека (рак, атеросклероз, ожирение и др.). Так, получение трансгенных свиней с измененной экспрессией генов, определяющих отторжение органов, позволит использовать этих животных для ксенотрансплантации (пересадки органов свиньи человеку).
2. Может ли современное человечество обойтись без биотехнологии? Организуйте выставку или сделайте стенную газету «Биотехнология: прошлое, настоящее, будущее».
Но если вкладывать в понятие биотехнологии только современные виды биотехнологий, такие как: биоинженерия, биоинформатика, бионика и др. То тут вопрос стоит не столь радикально. Биотехнологии позволит решать проблемы, которые стоят перед человеком 21 века. С помощью CRISPR/Cas9 мы, возможно, в будущем сможем лечить наследственные заболевания. Генно-инженерные организмы помогут решить проблемы нехватки пресной воды и всемирного голода. Бактерии могут решать проблемы загрязнения, а так же эффективно производят различные вещества (Инсулин для диабетиков производит E.Coli).
Мы, вполне, можем позволить себе отказ от всего этого и не вымрем. Просто будет выше смертность, а глобальные проблемы всего человечества, начнут ещё сильнее усугубляться.
3. Организуйте и проведите дискуссию на тему «Клонирование: за и против».
4. Приведите примеры продуктов, входящих в ваш рацион, которые были созданы с использованием биотехнологических процессов.
Самые распространенные продукты – это йогурты. В настоящее время в России и за рубежом производится достаточно большой ассортимент кисломолочных пробиотических продуктов на основе бифидобактерий и лактобацилл. В большей части кисломолочных продуктов пробиотический эффект достигается путем обогащения готовых кисломолочных продуктов концентратами бифидобактерий. В таких кисломолочных продуктах отсутствуют продукты метаболизма пробиотических микроорганизмов, антимикробные и антимутагенные вещества, витамины, аминокислоты, экзополисахариды и другие полезные для организма соединения, продуцируемые бифидобактериями.
5. Докажите, что биологическая очистка воды является биотехнологическим процессом.
6. Создайте рекламный видео ролик «Биотехнология: достижения и перспективы развития».
Ваша будущая профессия
1. Что является предметом изучения науки геронтологии? Оцените, насколько развита эта наука в нашей стране. Есть ли в вашем регионе специалисты в этой области?
Геронтоло́гия (от др.-греч. «старик») — наука, изучающая биологические, социальные и психологические аспекты старения человека, его причины и способы борьбы с ним (омоложение). Возникла около века назад. Составными частями геронтологии являются гериатрия — учение о болезнях, связанных с инволюционными изменениями, а также особенности лечения и профилактики заболеваний в пожилом и старческом возрасте, герогигиена, которая изучает вопросы общей и специальной гигиены людей старших возрастных групп и геронтопсихология, которая изучает психолого-поведенческие особенности людей пожилого и престарелого возраста. Российский геронтологический научно-клинический центр (РГНКЦ) — ведущее научно-методическое и лечебное гериатрическое учреждение Минздрава России. Клиника РГНКЦ представлена терапевтическим, кардиологическим, неврологическим, гинекологическим, урологическим, ортопедическим, хирургическим отделениями. Статус федерального лечебного учреждения позволяет принимать на обследование и лечение пациентов из любых регионов России. Основоположником ее считается И. И. Мечников, впервые предложивший этот термин в 1903 г.
2. Как вы думаете, какими личными качествами должны обладать люди, работающие в медико-генетических консультациях? Объясните свою точку зрения.
Профессионалы, психологически устойчивы, тактичны, так как людям нужно доступно и компетентно рассказывать о имеющихся болезнях и как это решать.
3. Что вы знаете о профессиях, связанных с материалом этой главы? Найдите в Интернете названия нескольких профессий и подготовьте небольшое (не более 7—10 предложений) сообщение о той профессии, которая вас наиболее впечатлила. Объясните свой выбор.
На основании атласа новых профессий http://atlas100.ru/
ИТ-генетик: Специалист, который занимается программированием генома под заданные параметры. В последнее десятилетие одним из бурно развивающихся направлений в медицине стала генотерапия – внесение в генетический аппарат человека изменений для борьбы с заболеваниями. Пока этот метод в основном тестируют на животных, однако есть уже и успешные случаи применения генотерапии и для людей. Например, в 2014 году в Великобритании объявили, что у 6 пациентов, больных хороидеремией (наследственным генетическим заболеванием, до настоящего момента неизлечимым и ведущим к слепоте), в результате генотерапии улучшилось зрение. Но это лишь первый шаг. Следующий шаг — модификация генома: эксперимент с целенаправленным изменением двух генов уже провели на обезьянах.
4. Используя дополнительные источники информации, выясните, что является предметом изучения эмбриолога. Где можно приобрести такую специальность?
Эмбриолог – специалист по эмбриональному развитию человека. Им может стать специалист-биолог либо врач клинической диагностики. Например, закончить кафедру эмбриологии Биологического факультета МГУ. Это направление в медицине еще очень молодо.
Это, например, применение вспомогательных репродуктивных технологий на практике — клиническая эмбриология.
5. Какими знаниями должны обладать специалисты, занимающиеся селекционной работой? Объясните свою точку зрения.
Знаниями генетики, биотехнологии, зоологии, ботаники. Так как селекция основана на генетических законах, а так же знаниях тех организмов, на селекцию которых будет направлена работа – зоология (животные), ботаника (растения) и т.д.
В чем преимущество клонирования по сравнению с традиционными методами селекции
Плюсы и минусы клонирования растений
Клонирование растений используется для создания гибридных сортов зерновых, фруктов и овощей, устойчивых к болезням и высокоурожайных сортов, которые воспроизводятся точно снова и снова. Когда дело доходит до клонирования еды за и против, преимущества перевешивают недостатки с коммерческой точки зрения. Однако такого недостатка разнообразия не бывает в природе. Поскольку сорта предлагают различные уровни устойчивости к болезням, разнообразие защищает сельскохозяйственные культуры от восприимчивости к одному заболеванию, которое может уничтожить вид во всем мире.
Плюсы и минусы клонирования животных
Клонирование Долли, первой клонированной овцы из недифференцированной клетки в результате переноса ядра, стало огромным достижением для науки. Однако процесс клонирования слишком дорог, чтобы быть коммерчески жизнеспособным для фермеров и селекционеров. Одним из преимуществ клонирования животных является захватывающая перспектива реинтродукции недавно вымерших видов, таких как тасманский тигр, и его потенциальное использование для защиты других видов, находящихся на грани исчезновения. Одним из недостатков клонирования животных находящихся под угрозой исчезновения видов также будет восприимчивость населения к уничтожению одной и той же болезнью из-за идентичной генетической структуры.
Плюсы и минусы клонирования стволовых клеток
Клонирование стволовых клеток имеет много плюсов благодаря его полезности в регенеративной медицине и лечении рака и надежде на будущий потенциал, включая клонирование органов. Стволовые клетки собирают из пуповины новорожденных; родители могут хранить стволовые клетки своего ребенка или пожертвовать их для исследования. Поскольку клонирование стволовых клеток обычно не связано с оплодотворенными эмбрионами человека, оно более широко принимается общественностью, но все же вызывает социальные и этические проблемы, поскольку стволовые клетки могут быть извлечены из плодов человека и оплодотворенных эмбрионов.
Плюсы и минусы клонирования людей