Урок 13
Тема: Сучасна біотехнологія та її основні напрямки.
1. Загальні відомості
Біотехнологія – це використання організмів, біологічних систем чи біологічних процесів у промисловому виробництві. До галузей біотехнології належать: генна, хромосомна та клітинна інженерія; клонування сільськогосподарських рослин і тварин; використання мікроорганізмів у виготовленні хліба, вина, ліків тощо.
Сучасні біотехнології поділяються на три основні групи:
1) Цитотехнології (клітинні технології) – вирощування клітин ембріона або дорослої людини для подальшої пересадки; використання культур клітин для вирощування вірусів з метою отримання інтерферонів; вирощування клітин рослин на поживних середовищах для отримання рослин із заданими властивостями.
2) Гістотехнології (тканинні технології) – вирощування шкіри, шматочків печінки, органів для трансплантації.
3) Ембріотехнології (зародкові технології) – штучне запліднення для подолання безпліддя; зберігання заморожених клітин та зародків; розведення напівзниклих видів тощо.
За допомогою сучасних біотехнологій здійснюють:
- Отримання лікарських препаратів на культурах мікроорганізмів та еукаріотичних клітин, зокрема антибіотиків (пеніцилін, стрептоміцин), вакцин, сироваток, імуноглобулінів, гормонів, вітамінів (С, В), ферментів.
- Отримання замінників цукрі (ас партам та ін.).
- Отримання кормових добавок та біологічно активних речовин для підвищення продуктивності тваринництва: кормового білка, амінокислот, ферментів, вітамінів, ветеринарних препаратів.
- Отримання продуктів харчування (випікання хліба, отримання сирів, виноробство)
- Розробка покладів руд та отримання рідкісних і кольорових металів.
- Розробляння безвідходних технологій (використання бактерій для утилізації побутових відходів, полімерних матеріалів).
- Створення мікробіологічних засобів захисту рослин від хвороб та шкідників, бактеріальних добрив та регуляторів росту рослин.
- Створення нових порід тварин, сортів рослин та штамів мікроорганізмів.
- Застосування мікроорганізмів у боротьбі із забрудненням довкілля (біологічне очищення стічних вод, забруднення грунту тощо).
2. Досягнення біотехнології
Ембріотехнології
Ембріотехнологія — це технологія, що включає одержання незрілих яйцеклітин молодих тварин, їхнє дозрівання й запліднення in vitro, а також пересадження отриманих ембріонів у матки реципієнтів. Застосування методу дозволяє досягати швидкої зміни поколінь.
Наприклад, за допомогою пересаджування ембріонів можна істотно збільшити вихід числа нащадків від високопродуктивних корів. Трансплантація ембріонів, або ембріотехнологія, полягає в одержанні одного або кількох ембріонів з матки племінних тварин (донорів) і пересаджуванні в матку корів (реципієнтів), де ембріони розвиваються до отелення. Цей метод у поєднанні із суперовуляцією в донорів дозволяє отримати велике потомство від високопродуктивних тварин. Цим способом ембріони можна ввести в ту чи іншу породу в інших регіонах, використовуючи як реципієнтів корів м’ясних порід.
Застосування цього методу спрощує також обмін генофондом сільськогосподарських тварин між країнами й континентами. Пересаджування ембріонів може бути використане для отримання потомства від цінних, але безплідних корів, що втратили здатність до розмноження в результаті нещасного випадку, хвороби або за віком.
Також цей метод широко використовується для подолання безпліддя у жінок і є основою штучного запліднення. Також він дозволяє зберігати заморожені сперматозоїди та яйцеклітини, даючи можливість бездітній парі народити дитину з часом. Завдяки ембріотехнологіям створюються банки сперматозоїдів, яйцеклітин, ембріонів.
Стовбурові клітини
Мабуть, наймолодшим напрямком сучасної медицини можна вважати клітинні технології, в яких клітини є джерелом тих або інших необхідних чинників, наприклад пухлинних антигенів під час вакцинотерапії. Але використовувати клітину можна не тільки як джерело будь-яких субстанцій, а й для регенеративної медицини. Тут особливий інтерес викликають технології, засновані на стовбурових клітинах. Здатність до необмеженого поділу й перетворення на різні типи клітин (так звана плюрипотентность) робить їх ідеальним матеріалом для трансплантаційних методів терапії. Найбільш доступними вважаються стовбурові клітини дорослого організму. Однак реальний потенціал їх диференціювання ще мало вивчений.
Термін «стовбурова клітина» (СК) був уведений у біологію О.О. Максимовим 1908 р. Досліджуючи процеси кровотворення, він дійшов висновку: у нашому організмі протягом усього життя зберігаються недиференційовані клітини, які можуть перетворюватися на лімфоцити та інші спеціалізовані клітини сполучної тканини й крові. Пізніше О. О. Максимов назвав ці клітини стовбуровими.
На ранніх стадіях розвитку ембріона клітини неспеціалізовані. На відміну від звичайних клітин, приречених виконувати чітко визначені функції в організмі, СК у процесі розвитку мають можливість набувати спеціалізації.
СК розмножуються шляхом поділу, як і всі інші клітини. Відмінність полягає в тому, що вони можуть ділитися необмежено, а зрілі клітини зазвичай мають обмежену кількість циклів поділу. Тож говорять, що СК здатна до проліферації, тобто до тривалого розмноження і репродукції великої кількості клітин.
Вони здатні до диференціювання — процесу необоротної спеціалізації клітин. Сили, що дають поштовх початку диференціювання, очевидно, можуть бути внутрішніми й зовнішніми. Внутрішні сигнали управляються генами клітини, а зовнішні — хімічними речовинами, які виділяють інші клітини, фізичним контактом із сусідніми клітинами, а також деякими молекулами навколишнього середовища.
Протягом життя в дорослому організмі постійно відбувається загибель клітин різних тканин, як у результаті природного відновлення (апоптоз), так і через ушкодження (некроз). Унаслідок цього в організмі постійно відбуваються процеси відновлення (репарації) втрачених клітин. У результаті клітинного поділу зі стовбурових клітин виникають материнська й дочірня клітини. Материнські використовуються для отримання популяції, а дочірні або перетворюються на камбіальну клітину, або безпосередньо диференціюються.
Потрапляючи в організм під час трансплантації, СК продовжують ділитися й самі знаходять місце, де їхня допомога найпотрібніша. Ця здатність СК отримала назву хоумінга.
Отже, хоумінг — це здатність клітин до міграції в «потрібне місце» — «рідний» орган і тканину (у свою стовбурову нішу) або в ділянку ушкодження.
Надзвичайно привабливими для використання в медицині є ембріональні стовбурові клітини (ЕСК) людини: з них можна отримувати будь-які типи клітин організму. Але багато властивостей і клітинні механізми так званої «стовбурової» клітини ставлять її дуже близько до трансформованої, ракової клітини. Саме тому так важливо сьогодні вивчати характеристики ембріональних клітин.
Ембріональні стовбурові клітини отримують із внутрішньої клітинної маси бластоцисти на найбільш ранніх стадіях розвитку ембріона, коли вона ще не імплантувалася в стінку матки. Саме з клітин внутрішньої клітинної маси в подальшому розвивається цілий організм.
Незважаючи на дебати про етичність чи неетичності роботи з ЕСК людини, очевидно, що питання вже не в тому, чи проводити дослідження у сфері ЕСК людини, а в тому, як будуть проводитися дослідження в цій галузі. За останні два роки у великій кількості країн уже були прийняті закони, які дозволяють дослідження ембріональних стовбурових клітин людини.
Використання мікроорганізмів
Здавна людина опанувала використання дріжджів, бактерій для виготовлення хлібу, вина, молочної продукції. Мікроорганізми використовувалися також для обробки шкіри та рослинних волокон. У ХХ ст. за їх допомогою було отримано перший антибіотик - пеніцилін.
Сьогодні для вивільнення металів із стічних вод використовуються штами бактерій Citobacter та Zoogloea, які здатні накопичувати уран, кадмій, мідь, кобальт. Інші бактерії (Rhodococcus. Nocardia) застосовують у емульгуванні та сорбції вуглеводнів нафти з водного середовища. Вони здатні розділяти водну та нафтову фракції, концентрувати нафту та очищувати стічні води від домішок. Асимілюючи вуглеводні, ці бактерії перетворюють їх на білки, вітаміни групи В та каротини.
Деякі зі штамів галобактерій застосовують для видалення мазуту з піщаних пляжів.
Отримано генномодифіковані штами, що здатні розщеплювати октан, камфору, нафталін, ксилол, ефективно утилізувати сиру нафту.
Штами бактерій Pseudomonas та Sulfolobus використовують для видалення сірки з вугілля, що допомагає вирішити одну з найбільших екологічних проблем. Адже при спалюванні вугілля відбувається сильне забруднення повітря сполуками Сульфуру.
3. Домашнє завдання
1) Зробити конспект
2) Виконати тестові завдання
Увага!!! Тест активний до 9 травня до 12.00
Немає коментарів:
Дописати коментар