Реферати » Реферати по біології » Біотехнології

Біотехнології

Біотехнології

Дивовижними відкриттями в науці і грандіозним науково-технічним прогресом ознаменувався XX століття, проте науково-технічний прогрес в теперішньому вигляді має негативні сторони: вичерпання копалин ресурсів забруднення навколишнього середовища, зникнення багатьох видів рослин і тварин, глобальна зміна клімату, поява озонових дір над полюсами Землі і т.д. Ясно, що такий шлях веде в тупик. Потрібно принципова зміна вектора розвитку. Біотехнологія може внести вирішальний вклад у вирішення глобальних проблем людства.

Біотехнологія - це використання живих організмів (або їх складових частин) в практичних цілях. Коли говорять про сучасну біотехнології, то подібне визначення доповнюють словами: на базі досягнень молекулярної біології. Якщо не зробити подібного додавання, то під визначення "біотехнологія" потраплять і традиційне с / г, тваринництво і багато галузей харчової промисловості, що використовують мікроорганізми. Далі ми зупинимося на одному з видів біотехнології, а саме на генної інженерії, яка відкриває зовсім нові шляхи в медицині хімії, у виробництві Енергії, нових матеріалів, в охороні навколишнього середовища. Генна інженерія - це технологія маніпуляцій з речовиною спадковості - ДНК.

Сьогодні вчені можуть в пробірці розрізати молекулу ДНК в бажаному місці, ізолювати і очищати окремі її фрагменти, синтезувати їх з двох дезоксірібонуклеотідов, можуть зшивати такі фрагменти. Результатом таких маніпуляцій є "гібридні", або рекомбінантні молекули ДНК, яких до цього не було в природі.

Роком народження генної інженерії вважається 1972 рік, коли в лабораторії Пола Берга в США була отримана в пробірці перша рекомбінантна реплицироваться, тобто розмножуватися, в бактерії кишкової палички E.сoli. Сама поява генної інженерії стало можливим завдяки фундаментальним відкриттям у молекулярної біології.

В 60-ті роки вчені розшифрували генетичний код, тобто встановили, що кожна амінокислота в білку кодується триплетом нуклеотидів в ДНК. Особливо важливо, що генетичний код універсальний для всього живого світу. Це означає, що весь світ "розмовляє" на одній мові. Якщо передати в якусьабо клітку "чужорідну" ДНК, то інформація, в ній закодована, буде правильно сприйнята клітиною реципієнтом.

Далі було встановлено, що існують спеціальні послідовності ДНК, що визначають початок і закінчення транскрипції, трансляції, реплікації. Практично всі ці системи, в першому наближенні, байдужі до послідовностей ДНК, розташованим між даними сигналами. Треба сказати, що самі сигнали розрізняються в різних організмах. З усього сказаного випливає, що якщо взяти якийсь структурний ген (наприклад людини) і in vitro постачити його сигналами, характерними для гена бактеріальної клітини, то така структура, вміщена в бактеріальну клітину, буде здатна до синтезу людського білка.

Принципова особливість генної - здатність створювати структури ДНК, які ніколи не утворюються в живій природі. Генна інженерія подолала бар'єр, який існує в живому світі, де генетичний обмін здійснюється тільки в межах одного виду або близькоспоріднених видів організмів. Вона дозволяє переносити гени з одного живого організму в будь-який інший. Ця нова техніка відкрила безмежні перспективи створення мікроорганізмів, рослин і тварин з новими корисними властивостями.

Звичайно, порушення бар'єрів живої природи може таїти потенційну небезпеку. Ось чому в усіх розвинених країнах світу правила роботи, закони, регулюючі генно-інженерну діяльність. Закон про "генно-інженерної діяльності" прийнятий і парламентом РФ У 1996 р

Неможливо розповісти про всі аспекти застосування техніки генної інженерії в біотехнології або наукових дослідженнях. Наведемо лише кілька прикладів, що ілюструють можливості цього методу.

Одне з найбільш важливих напрямків генної інженерії - виробництво ліків нового покоління, що представляють собою біологічно активні білки людини. Слід нагадати, що в більшості випадків білки людини (як і інших тварин) видоспецифічні, тобто для лікування людини можна використовувати тільки білки людини. Внаслідок цього виникає проблема отримання людських білків в потрібних кількостях.

У зв'язку зі сказаним цікава історія отримання інтерферонів. У 1957 р англійські вчені Іссаакс і Ліндельман виявили, що миші, хворіли на грип, не схильні інфекції іншими, більш небезпечними вірусами. Дослідження спостережуваного явища призвело до висновку, клітини тварин і людини у відповідь на вірусну інфекцію виділяють якусь речовину, яка робить навколишні здорові клітини стійкими до вірусної інфекції. Це речовина (або речовини) отримало назву інтерферону.

Протягом наступних 20 років велися інтенсивні дослідження. Було встановлено, що інтерферони - групи білків, які стосуються 3 класам - alpha, betta і gamma. Лейкоцити крові виділяють інтерферон типу alpha, фібробласти типу betta і T-лейкоцити типу gamma. Інтерферони виділили, очистили і показали їх ефект як противірусних ліків. Крім того, ці білки виявилися ефективними при лікуванні розсіяного склерозу і деяких видів раку. Єдиною перешкодою до використання інтерферонів була їх мала доступність. Вони синтезувалися в дуже малих кількостях: джерелом їх отримання була чи донорська кров, або культура клітин людини. На жаль, ці джерела не дозволяли отримувати інтерферони в кількості, потрібних медицині.

В 1980 - 1985 рр. в кількох лабораторіях світу, в тому числі і в СРСР, були виділені гени людини, що визначають синтез інтерферонів, і введені в бактерії. Такі бактерії стали здатні синтезувати людський інтерферон. Дуже важливо, що вони швидко ростуть, використовують дешеву живильне середовище і синтезують велику кількість білка. З 1 л бактеріальної культури можна виділити стільки людського інтерферону alpha, скільки з 10 тис. Л. донорської крові. Отриманий білок абсолютно ідентичний інтерферону, що синтезується в організмі людини. Звичайно, довелося вирішувати складну задачу очистки інтерферону, отриманого методом генної інженерії, до гомогенного стану.

Ще 4 - 6 років зайняли доклінічні та клінічні випробування. Нарешті в 1989-1990 рр. з'явилося нові ліки - людський інтерферон alpha; в Росії він випускається під назвою "реаферон". За цю роботу група вчених удостоєна Ленінської премії.

Сьогодні це майже єдиний препарат, який ефективний проти вірусних гепатитів як у гострій, так і в хронічних формах, проти герпесу, простудних захворювань. Інтерферон застосовується і в терапії деяких видів раку. За кордоном з 1994 р випускаються препарати betta і gamma - інтерферонів людини.

З інших препаратів рекомбінантних білків людини, які отримали широке медичне застосування, слід назвати інсулін, гормон росту, еритропоетин. Свинячий інсулін відрізняється від людського всього однієї амінокислотою. Застосовується з 1926 р для лікування людей при инсулинзависимом цукровому діабеті. Для гормону росту і еритропоетину відзначається, як і для інтерферонів, видоспецифичность білків. Генна інженерія відкрила нову можливість використання цих білків в медицині. Гормон росту застосовується не тільки для боротьби з карликовостью, але і широко використовується як стимулятор для загоєння ран, зрощування кісток. Гормони росту тварин почали використовувати в с / г (збільшення на 15% удою корів, прискорення росту риб). Еритропоетин - стимулятор кровотворення і використовується при лікуванні різного роду анемій.

В даний час в світі отримали дозвіл на застосування більш 30 препаратів, створених методами генної інженерії, і більш 200 знаходяться на різних стадіях клінічних досліджень. Зараз більше 20% фармацевтичного ринку ліків становлять ліки нової біотехнології.

Використання рекомбінантних білків людини - принципово нова терапія. В не вводиться нічого чужого. Дійсно, якщо в ньому не вистачає інсуліну або гормону росту, їх додають (замісна терапія). З вірусами організм сам бореться за допомогою інтерферонів - людина просто допомагає йому.

Значні успіхи досягнуті в генній інженерії рослин. В основі цієї техніки лежать методи культивування клітин і тканин рослин в пробірці і можливість регенерації цілої рослини з окремих клітин.

В генної інженерії рослин є свої проблеми. Одна з них полягає в тому, що багато корисні властивості рослин кодуються не одним, а багатьма генами. Це робить важким або неможливим пряме генно-інженерне вдосконалення властивостей. Інша перешкода, яке поступово долається, - труднощі культивування та регенерації клітин в ціле рослина серед деяких видів, наприклад злаків. Кращі результати отримані в тому випадку, коли перенесення одного гена може привести до появи у рослини корисної властивості.

Незважаючи на обмеження, отримані вражаючі результати: створені сорти бавовнику, томатів, тютюну, рису, стійких до комах-шкідників, вірусів, грибкових захворювань. Піонер в області застосування генно-інженерних рослин в с / г - США. Тут в 1996 році до 20% посівів бавовнику вироблено насінням, модифікованими методом генної інженерії.

Створення генно-інженерних (їх зараз називають трансгенними) тварин має ті ж принципові труднощі, що і створення трансгенних рослин, а саме: множинність генів, що визначають господарсько цінні ознаки. Тим не менш, є швидко розвивається область, пов'язана із створенням трансгенних тварин - продуцентів біологічно активних білків.

У вищих організмах конкретні гени кодують виробництво білків в певних тканинах. Хоча всі гени містяться в кожній клітині, в спеціалізованих клітинах працюють тільки деякі з них, цим і визначається тканинна специфічність. Прикладом може служити виробництво білків молока (козеін, лактальбумин) в молочних залозах. Є можливість підставити потрібний нам ген під регуляторні послідовності, наприклад казеїну, і отримати чужорідний білок у складі молока. Важливо при цьому, що тварина відчуває себе нормально, так як чужий ген працює тільки в процесі лактації.

В світі вже існують сотні трансгенних овець і кіз, які продукують в молоці від десятків міліграмів до декількох грам біологічно активних білків людини в 1л молока. Такий метод виробництва економічно вигідний і екологічно чистіше, хоча і вимагає від учених великих зусиль і часу при створенні трансгенних тварин порівняно із створенням генно-інженерних мікроорганізмів.

З молоком трансгенних тварин можна отримувати не тільки ліки. Відомо, що для виробництва сиру

Сторінки: 1 2

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар