Реферат Біотехнології

Удивительными відкриттями у науці й грандіозним науково-технічний прогрес ознаменувався XX століття, проте науково-технічний прогрес у вигляді має негативні сторони: вичерпання копалин ресурсів забруднення довкілля, зникнення багатьох видів рослин та тварин, глобальне зміна клімату, поява озонових дір над полюсами Землі тощо. Зрозуміло, що така шлях веде у безвихідь. Потрібно принципову зміну вектора розвитку. Біотехнологія може зробити вирішальний внесок у розв'язання глобальних проблем людства.

Біотехнологія - це використання живих організмів (чи його складових частин) в практичні. Коли говорять про сучасної біотехнології, подібна визначення доповнюють словами: з урахуванням досягнень молекулярної біології. Не зробити подібного додавання, то під визначення "біотехнологія" потраплять і традиційне с/г, тваринництво і з галузі харчової промисловості, використовують мікроорганізми. Далі ми зупинимося одному з видів біотехнології, саме на генної інженерії, яка відкриває цілком нових шляхів у медицині хімії, у виробництві Енергії, нових матеріалів, в охорони навколишнього середовища. Генна інженерія - це технологія маніпуляцій із речовиною спадковості - ДНК.

Сьогодні вчені можуть у пробірці розрізати молекулу ДНК в бажаному місці, ізолювати й очищати окремі її фрагменти, синтезувати їх із двох дезоксирибонуклеотидов, можуть зшивати такі фрагменти. Результатом таких маніпуляцій є "гібридні", чи рекомбинантные молекули ДНК, до цього був у природі.

Роком народження генної інженерії вважається 1972 рік, як у лабораторії Пола Берга США отримали у пробірці перша рекомбінантна реплицироваться, тобто. розмножуватися, в бактерії кишкової палички E.сoli. Саме поява генної інженерії став можливим завдяки фундаментальним відкриттям у молекулярній біології.

У 60-ті роки вчені розшифрували генетичного коду, тобто. встановили, кожна амінокислота в білці кодується триплетом нуклеотидів в ДНК. Особливо важливим є, що генетичного коду універсальний для живого світу. Це означає, що все світ "розмовляє" однією мовою. Якщо передати у яку- або клітину "чужорідну" ДНК, то інформація, у ній закодована, буде правильно сприйнята клітиною реципієнтом.

Далі було встановлено, що є спеціальні послідовності ДНК, що визначають початок і закінчення транскрипції, трансляції , реплікації. Практично всі ці системи, у першому наближенні, байдужі до послідовностям ДНК, розташованим між даними сигналами. Треба сказати, які самі сигнали різняться у різних організмах. З усього сказаного слід, що й взяти якийсь структурний ген(например людини) і in vitro забезпечити його сигналами, притаманними гена бактеріальної клітини, така структура, помещённая в бактеріальну клітину, зможе до синтезу людського білка.

Принципова особливість генної - здатність створювати структури ДНК, що ніколи не утворюються у живої природи. Генна інженерія подолала бар'єр, що у живому світі, де генетичний обмін відбувається лише у межах ґатунку або близькоспоріднених видів організмів. Вона дозволяє переносити гени вже з живого організму будь-якій іншій. Ця нова техніка відкрила безмежні перспективи створення мікроорганізмів, рослин та тварин з новими корисними властивостями.

Звісно, порушення бар'єрів живої природи може таїти би потенційно небезпечним. Саме тому у всіх розвинених країн світу правила роботи, закони, регулюючі генно-инженерную діяльність. Закон про "генно-інженерну діяльність" діє і парламентом РФ у липні 1996 р.

Неможливо розповісти про всі аспекти застосування техніки генної інженерії у біотехнології чи наукові дослідження. Наведемо лише кілька прикладів, ілюстрували можливості цього.

Одне з найбільш важливих напрямів генної інженерії - виробництво ліків нової генерації, що становлять біологічні активні білки людини. Варто нагадати, що у вона найчастіше білки людини (як та інших тварин) видоспецифичны, тобто. на лікування людини, можна використовувати лише білки людини. У результаті виникають проблеми отримання людських білків у потрібних кількостях.

У зв'язку з сказаним цікава історія отримання інтерферонів. У 1957 р. англійські вчені Иссаакс і Линдельман виявили, що миші, хворіли грипом, не піддаються інфекції іншими, небезпечнішими вірусами. Дослідження спостережуваного явища дійшли висновку, клітини тварин і людини у відповідь вірусну інфекцію виділяють якесь речовина, що робить оточуючі здорові клітини стійкими до вірусної інфекції. Це речовина (чи речовини) одержало назву інтерферону.

Протягом наступних 20 років велися інтенсивні дослідження. Встановлено, що інтерферони - групи білків, які стосуються 3 класам - alpha, betta і gamma. Лейкоциты крові виділяють інтерферон типу alpha , фибробласты типу betta і T- лейкоцити типу gamma. Интерфероны виділили, очистили й виявили їх ефект як противірусних ліків. З іншого боку, ці білки виявилися ефективними під час лікування розсіяного склерозу і спроби деяких видів раку. Єдиним перешкодою для використання інтерферонів була її мала доступність. Вони синтезувалися на вельми малих кількостях: джерелом їх отримання була чи донорська кров, чи культура клітин людини. На жаль, ці джерела собі не дозволяли отримувати інтерферони у кількості, потрібних медицині.

У 1980-х - 1985 рр. у кількох лабораторіях світу, зокрема та СРСР, виділили гени людини, що визначають синтез інтерферонів, та в бактерії. Такі бактерії стали здатні синтезувати людський інтерферон. Дуже важливо було, що вони швидко ростуть, використовують дешеву сприятливе середовище і синтезують дуже багато білка. З 1 л бактеріальної культури можна назвати стільки людського інтерферону alpha, як з 10 тис. л. донорської крові. Отриманий білок абсолютно ідентичний інтерферону, синтезируемому в людини. Звісно, довелося розв'язувати складне завдання очищення інтерферону, отриманого способом генної інженерії, до гомогенного стану.

Ще 4 - 6 років зайняли доклінічні і клінічних досліджень. Нарешті 1989 -1990 рр. з'явилися нові ліки - людський інтерферон alpha; у Росії він випускається під назвою "реаферон". За роботу група учених визнана гідною Ленінської премії.

Сьогодні це майже єдиний препарат, який ефективний проти вірусним гепатитам як і гострої, і у хронічних формах, проти герпесу, простудних захворювань. Інтерферон застосовується й в терапії деяких видів раку. У світі з 1994 р. випускаються препарати betta і gamma - інтерферонів людини.

Серед інших препаратів рекомбінантних білків людини, отримали широке медичне застосування, слід назвати інсулін, гормон зростання, еритропоетин. Свиной інсулін відрізняється від людського всього однією амінокислотою. Застосовується з 1926 р. на лікування у инсулинзависимом цукровому діабеті. Для гормону розвитку і эритропоэтина відзначається, як й у інтерферонів, видоспецифичность білків. Генна інженерія відкрила нову зокрема можливість використання цих білків до медицини. Гормон зростання застосовується як для боротьби з карликовостью, а й широко використовують як стимулятор для загоєння ран, зрощування кісток. Гормони зростання тварин почали залучити до с/г (збільшення на 15% удою корів, прискорення зростання риб). Эритропоэтин - стимулятор кровотворення і використовується під час лікування різноманітних анемій.

Нині у світі набули дозволу застосування понад 34 препаратів, створених методами генної інженерії, і більше 200 перебувають у різних стадіях клінічних досліджень. Нині 20% фармацевтичного ринку ліків становлять ліки нової біотехнології.

Використання рекомбінантних білків людини - принципово нова терапія. Не вводиться нічого чужого. Справді, тоді як ньому бракує інсуліну чи гормону зростання, їх додають (замісна терапія). З вірусами організм сам з допомогою інтерферонів - людина просто допомагає йому.

Значні успіхи були досягнуті у генної інженерії рослин. У основі цієї техніки лежать методи культивування клітин та тканин рослин, у пробірці і можливість регенерації цілого рослини із окремих клітин.

У генної інженерії рослин є свої проблеми. Один із них у тому, що чимало корисні властивості рослин кодуються не одним, а багатьма генами. Це важким чи неможливим пряме генно-инженерное вдосконалення властивостей. Інше перешкода, яке поступово долається, - труднощі культивування і регенерації клітин на ціле рослина серед деяких видів, наприклад злаків. Найкращі результати отримано у разі, коли перенесення одного гена можуть призвести до появи у рослини корисного властивості.

Попри обмеження, отримані вражаючі результати: створено сорти бавовнику, томатів, тютюну, рису, стійких до комах-шкідників, вірусам, грибкових захворювань. Піонер у сфері застосування генно-інженерних рослин, у с/г - США. Тут у 1996 року до 20% посівів бавовнику вироблено насінням, модифікованими методом генної інженерії.

Створення генно-інженерних (їх нині називають трансгенними) тварин має самі принципові труднощі, як і створення трансгенних рослин, саме: множинність генів, визначальних господарським цінні ознаки. Проте, є швидко розвиваючись область, що з створенням трансгенних тварин - продуцентів біологічно активних білків.

У вищих організмах конкретні гени кодують виробництво білків у певних тканинах. Хоча усі гени зберігають у кожній клітині, спеціалізованими клітинах працюють тільки з них, цим правилом і визначається тканинна специфічність. Прикладом може бути виробництво білків молока (козеин, лактальбумин) у молочних кайданах. Є можливість підставити потрібний нам ген під регуляторні послідовності, наприклад казеїну, й одержати чужорідний білок у складі молока. Важливо у своїй, що тварина почувається нормально, оскільки чужій ген працює у процесі лактації.

У вже є сотні трансгенних овець та кіз, які продукують в молоці від десятків міліграм за кілька грам біологічно активних білків людини у 1 л молока. Такий метод виробництва економічно вигідний і екологічно чистіше, хоч і жадає від учених великих зусиль і часу під час створення трансгенних тварин проти створенням генно-інженерних мікроорганізмів.

З молоком трансгенних тварин можна одержувати як ліки. Відомо, що з виробництва сиру високої якості необхідний фермент, створаживающий молоко, - реннин. Цей фермент видобувають з шлунків молочних телят. Він шляхів та який завжди доступний. Нарешті, генні інженери сконструювали дріжджі, котрі почали виробляти цей цінний білок при микробиологическом синтезі.

Наступний етап генної інженерії - створення трансгенних овець, які синтезують химозин в молоці. Невеликий стадо наших овець у Росії перебуває в Ленінських Горках під Москвою. Ці вівці синтезують до 300 мг/л ферменту в молоці. Для процесу сироваріння білок годі й виділяти, а використовувати просто складі молока.

Можлива експансія біотехнології у сфері, що сьогодні повністю належать хімії. Це - биокатализ (замість хімічного каталізу) й побудувати нові матеріали. Одне з процесів биокатализа, успішно реалізованого у промисловості, - отримання акриламида з акрилонитрила.

CH2=CH–CN -> CH2=CH-C=0

|

NH2

Акриламид служить вихідним мономером щоб одержати полімерів і сополимеров, широко використовуваних при очищенні води та стоків, у справі, при осветлении соків і вин, приготуванні фарб та т.п.

Донедавна процес гідролізу нитрила вели при 105 З у присутності сірчаної кислоти. Після закінчення процесу сірчану кислоту нейтралізували аміаком. Багато сірчанокислого амонію, врешті-решт опинявся у річках. Були великі витрати енергії, швидко зношувалося устаткування, і якість акриламида залишало бажати кращого.

У 1987 року вчені з інституту генетики і селекції промислових мікроорганізмів спільно зі своїми колегами зі Саратовського філії Інституту почали шукати у природі мікроорганізмів, які б перетворювати акрилонитрил в акриламід, Такі мікроорганізми знайшли. Після низки маніпуляцій отримані мікроорганізми, синтезирующие 10 тис. разів більше ферменту – нитрилгидратазы, відповідального за трансформацію акрилонитрила.

Досягнення вчених реалізовані практично. В одному заводи, випускаючий антибіотики, налагоджений випуск биокатализатора, тобто. потрібних мікроорганізмів, а ще на 3 заводах здійснено процес биокаталитического отримання акриламида. Процес здійснюється за кімнатному тиску і температурі, отже, мало энергоёмок. Процес практично немає ніякого відходів, екологічно чистий. Одержуваний новим методом акриламід має високий чистоту, це важливо, оскільки більша частина далі полимеризуется в полиакриламид, а якість полімеру залежить від чистоти мономера.

Інший приклад належить немає биокатализу, а до биоматериалам. Вчені давно зауважили дуже цінні механічні властивості матеріалу, з яких павуки плетуть мережі.

Паутинка приблизно 100 раз тонше за людську волосину, цей матеріал м'якше бавовни, міцніше стали, має унікальної еластичність, мало змінює властивостей за зміни температури, матеріал є ідеальним багатьом практичних цілей: парашутного корду, бронежилетів тощо. Питання, де взяти грошей дуже багато павутиння по вихідної ціні?

Ніхто на допомогу прийшла генна інженерія. Вчені виділили гени, відповідальні синтез білків павутиння, і перенесли в мікроорганізми. У 1995р. з'явилося повідомлення американських дослідників, що у мікроорганізмах справді синтезується потрібний білок. Отже відкривається шлях до промисловому микробиологическому синтезу нового матеріалу.

Зазвичай на шляху зростання мікроорганізмів використовуються дешеві крохмаль, патока та інші с/г продукти, тобто. поновлюване сировину.

Слід зазначити. Що бактерії синтезують не нитки, а аморфний білок як і, як і павуки. Нитка утворюється, коли павук видавлює білок з сопла своїх желёз. Технічно можливо імітувати той процес, протискаючи аморфний білок через дуже тонкі отвори. Перші нитки з мікробіологічного білка вже отримані. Є реальна можливість поліпшити чудові якості павутиння, внісши певні зміни аминокислотную послідовність білка.

Наведені приклади далеко ще не охоплюють всіх практичних аспектів застосування генної інженерії. Не стосувалися питань енергетики, охорони середовища, видобутку з корисними копалинами, мікробіологічної промисловості, і навіть дуже важливого питання – ролі генної інженерії у розвитку самої молекулярної біології.

Нова «Зелёная революція», що вже почалася, дасть рослини, які потребуватимуть пестициди, а майбутньому - й у азотних добривах. Припинення використання

Химических пестицидів різко поліпшить стан довкілля, скоротить витрати нафти і є з їхньої виробництво (на 3%). З'являться нові матеріали нові ліки, високопродуктивні тварини, нові харчові продукти.

За висновком експертів конгресу США, «біотехнологія найбільше змінить спосіб життя людей ХХІ столітті».

Список літератури

Для підготовки даної праці були використані матеріали із російського сайту http://www.study.online.ks.ua/

Схожі реферати:

  • Реферат на тему: Ягуаровая цихлазома
    Cichlasoma motaguense відбувається з околиць Мотагуа в Гватемалі. Першовідкривач її - відомий
  • Реферат на тему: Львиноголовая цихлида
    Риба належить сімейства окуневых. Обитает у нижній і середній областях Конго, у місцях, що
  • Реферат на тему: Колибри підводних джунглів
    Зграйка цих образотворчих, розкішно забарвлених дрібних рибок нагадує крихітних багатобарвних
  • Реферат на тему: Як оформити акваріум
    Яскраво освітлений акваріум, заселений гарними рибами і рослинами, дуже прикрашає кімнату. Які ж
  • Реферат на тему: Ихтиоспоридиоз - небезпечне захворювання риб
    Однією з найпоширеніших і дуже небезпечних захворювань акваріумних риб є ихтиоспоридиоз. Збудник

Навігація