ОСНОВНІ НАПРЯМКИ СУЧАСНОЇ БІОТЕХНОЛОГІЇ

Тема. ГЕНОТИП ЯК ЦІЛІСНА СИСТЕМА

УРОК 19. ОСНОВНІ НАПРЯМКИ СУЧАСНОЇ БІОТЕХНОЛОГІЇ

Цілі уроку: розглянути основні напрямки сучасної біотехнології, з’ясувати їх значення для суспільства та перспективи розвитку; розвивати критичне мислення; вихову­вати вміння сприймати точки зору на питання, відмінні від власної. Обладнання й матеріали: таблиці або слайди презентації зі схемами біотехнологічних процесів, фотографії або рисунки продуктів біотехнологічних виробництв.

Базові поняття й терміни: біотехнології, мікробіологічна

про­мисловість, лікарські препарати, за­безпечення продовольством, біологічні методи боротьби, захист навколишнього середовища.

ХІД УРОКУ

I. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди

1. Які організми називають химерними і як учені їх одержують?

2. Які організми називають трансгенними і як учені їх одержу­ють?

3. Які генетичні методи широко використовують у селекції?

4. Чому потрібно постійно проводити подальшу селекцію давно

Одомашнених організмів?

III. Вивчення нового матеріалу

Розповідь

учителя з елементами бесіди

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-х роках XX ст. (біос – життя; технос – мистецтво, майстерність; логос – слово, вчення), хоча біотехнологічні принципи людина розробила вже давно (ви­користання життєдіяльності мікроорганізмів для випікання хліба, виготовлення сиру та інших молочних продуктів, виноробства, пивоваріння).

Біотехнологію умовно поділяють на два підрозділи: традиційна (куди входить технологічна мікробіологія, а також технічна, біо­хімічна та інженерна ензимологія) і нова (куди входять генетична та клітинна інженерія).

Традиційна біотехнологія заснована на ферментації. За останні 30 років виник ряд нових виробництв, що базуються на, викорис­танні різних міцеліальних грибів, дріжджів, бактерій, рідше во­доростей. З допомогою мікроорганізмів отримують такі лікарські препарати, як кортизон, гідрокортизон і деякі інші, які належать до групи стероїдів.

Одним з найбільш перспективних напрямків традиційної біо­технології є використання мікроорганізмів як один із засобів захис­ту рослин від шкідників. Розвиток цього напрямку зумовлюється багатьма вадами пестицидів та інших засобів захисту рослин.

У ситуації, що склалась у сільському господарстві, одним з ви­ходів є заміна пестицидів на мікроорганізми (бактерії, актиномі­цети, гриби), живі організми (хижаки й паразити шкідників і збу­дників хвороб) або продукти їхньої життєдіяльності.

Для цієї заміни зроблено чимало. Вже зараз отримані препара­ти мікроорганізмів, відібрані комахи-хижаки, кліщі та нематоди, паразитичні організми різних рівнів організації. Опрацьовані ме­тоди вирощування таких тварин і мікроорганізмів і їх застосуван­ня в полі й закритому грунті. Препарати для боротьби з фітофагами надходять у продаж з інструкцією щодо використання.

Набагато важчими є справи з біозахистом рослин від хвороб. Незважаючи на численні розробки біопрепаратів для захисту рос­лин від хвороб, поки що тільки деякі з них рекомендовані для вико­ристання. Це, перш за все, антибіотики, які мають деякі переваги порівняно з фунгіцидами: вони, в основному, добре розчиняються у воді, досить стійкі до навколишнього середовища, досить легко проникають у тканини рослини. Ці ознаки дозволяють викорис­товувати їх для пригнічення збудників хвороби. Майже всі анти­біотики спроможні пригнічувати широке коло патогенів: гриби, бактерії та мікоплазми. Ведуться пошуки й антивірусних антибіо­тиків. У деяких країнах дозволено використовувати антибіотики медичного призначення або синтезовані для захисту рослин у чи­стому вигляді або в суміші з фунгицидами.

Біотехнології використовуються ще в деяких галузях люд­ського буття. Так, наприклад, у кондитерській промисловості ши­роко застосовують лимонну кислоту, яку одержують у результаті життєдіяльності спеціально виведених мікроорганізмів. Зараз у сві­ті виробляється близько 400 тис. тонн цього продукту. Такої кіль­кості лимонної кислоти не забезпечили б жодні цитрусові плантації.

Усе ширше стає асортимент ферментів – протеази, нуклеази, амілази, глюкоамілази, каталази, які продукують мікроорганізми; деякі з них, наприклад нуклеази, використовують у генній інжене­рії. Крім того, мікроорганізми використовують для отримання вак­цин. Перспективним є використання мікроорганізмів у гідромета­лургії для видужування металів із бідних руд з метою підвищення їхнього виробництва.

Клітинна інженерія

Метод гібридизації соматичних клітин тварин і людини зараз знайшов винятково важливе застосування для отримання моноклональних антитіл. 1975 р. Келером і Мільдштеймом був розроблений спосіб отримання гібридів між лімфоцитами мишей, імунизованих перед цим якимось антигеном, і культивуючими 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 клітин нескінченно довго розмножуватися на штуч­них середовищах. Культивуючи гібридоми, а потім імізуючи ними тварин, можна отримати антитіла необхідного типу й у необмежених кількостях. Моноклональні антитіла зараз використовуються в різних галузях медицини й біології.

Можна назвати три 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 у 10 разів більше цінного для медицини антиритмічного алкалоїду – аймаліну; дискореї дельтоподібної – проду­центу діогеніну, який використовується для синтезу гормональних препаратів; отриманий штам рути пахучої, який містить у 220 разів більше алкалоїду рутакридону, ніж у самій рослині; із суспензійної культури наперстянки шорсткої, яка містить серцевий глікозид – дигітоксин, отримали більш якісну форму – дигоксин – для ви­користання в медицині; із суспензійної культури м’яти отримали ментол для трансформації пулегону й ментолу.

Друге – використання тканинних і клітинних культур для швидкого клонального мікророзмноження й оздоровлення росли­ни. Можливість використання методів клонального розмноження в стерильній культурі виявлена зараз для 440 видів рослин, які на­лежать до 82 родин. Порівняно з традиційними методами розмно­ження, які використовуються в сільськогосподарській практиці, клональне розмноження в культурі дає ряд переваг:

– коефіцієнт розмноження вище, ніж за звичайних методів роз­множення;

– можна підтримувати ріст цілий рік;

– тисячі рослин можуть рости на невеликій лабораторній площі;

– разом із розмноженням часто відбувається оздоровлення рос­лин від вірусів і иатогенів;

– цим методом можна отримувати рослини, які важко або зовсім не розмножуються вегетативно, наприклад пальми.

Третій напрямок становлять технології, які пов’язані з гене­тичними маніпуляціями на тканинах, клітинах, ізольованих про­топластах.

Генна інженерія

Суть генної інженерії полягає в штучному створенні (хімічний синтез, перекомбінації відомих структур) генів з конкретними не­обхідними для людини властивостями й уведенні його у відповідну клітину (на сьогодні це частіше за все бактеріальні клітини, напри­клад кишкова паличка) – створення “штучної” бактерії – лабора­торії з виготовлення необхідного для людини продукту.

IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів

Дати відповіді на питання:

1. У яких галузях застосування біотехнологій наразі є наймасовішим?

2. Які види продукції виробляють завдяки біотехнологіям?

3. Які напрями біотехнології є найбільш перспективними й чому?

4. Чи можуть біотехнології негативно впливати на людину?

V. Домашнє завдання