Биотехнологии

Органическая химия 10 класс. Ключевые слова конспекта: Биотехнологии. Генная инженерия. Клеточная инженерия. Клонирование.

Читайте также конспект по биологии в 10 классе «Биотехнология и ее направления»



Биотехнология — наука, изучающая использование живых организмов и биологических процессов в производстве.

В 1917 г. венгерский учёный Карл Эреки ввёл термин «биотехнология» для обозначения производства необходимых обществу веществ с помощью живых микроорганизмов, используемых в качестве биореакторов.

Биотехнологические процессы используются человеком с незапамятных времён. Именно деятельность микроорганизмов лежит в основе хлебопечения (дрожжи), виноделия (брожение виноградного сока вызывает особый грибок, живущий на кожице винограда), получения молочных продуктов, в том числе сыроварения (молочнокислые бактерии) и др.

Современные биотехнологические методы применяют для борьбы с загрязнением окружающей среды. Например, очистку бытовых и промышленных сточных вод (в том числе отходов нефтепереработки) проводят с помощью бактерий, способствующих разрушению загрязнителей органического происхождения.

Аэробную (с участием кислорода воздуха) очистку осуществляют как в естественных условиях — на полях орошения, полях фильтрации, биологических прудах и каналах, так и в искусственных условиях — в аэротенках, биофильтрах и аэрофильтрах. При аэробной очистке «работают» бактерии, которые окисляют органические вещества и способствуют осаждению загрязняющих частиц.

Анаэробная биологическая очистка эффективна при больших концентрациях загрязняющих веществ, так как анаэробные бактерии, осуществляющие процессы очистки, не нуждаются в присутствии растворённого в воде кислорода. На конечной стадии анаэробной очистки происходит выделение метана.

С помощью полезных микроорганизмов осуществляют производство ценных лекарственных препаратов — антибиотиков, ферментов, гормонов. Сырьём для такой технологии служат отходы от переработки древесины (стружка, опилки, ветви, кора и т. д.), отходы пищевой и животноводческой промышленности.

Ферменты обладают удивительным свойством — они сохраняют свою «работоспособность» и вне живой клетки, поэтому учёные занимаются разработкой технологий получения промышленной продукции с помощью ферментов, действующих как в колониях живых микроорганизмов, так и в свободном состоянии. Кроме широкого применения в пищевой, текстильной, фармацевтической промышленности, ферментативные технологии используют в природоохранных целях (для устранения разливов нефти, утилизации метана в угледобыче) и даже в металлургии, прежде всего в цветной (микробиологическое получение меди, молибдена и золота).

Важнейшее направление современной биотехнологии — генная инженерия.

Генная инженерия — это совокупность методов и технологий выделения генов из организма, введения их в другие организмы, а также конструирования новых, не существующих в природе генов.

Генная инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, генетика, микробиология, вирусология. Методы генной инженерии позволяют преодолеть один из наиболее мощных запретов эволюции — запрет на обмен генетической информацией между далеко отстоящими видами.

Например, коллектив под руководством академика Юрия Анатольевича Овчинникова выделил ген человека, отвечающий за синтез интерферона — белка, вырабатывающегося в организме для борьбы с вирусными инфекциями. Этот ген был встроен в ДНК бактерии кишечной палочки (Escherichia coli). Бактерии, содержащие человеческий ген, способны вырабатывать закодированный в этом гене белок. Такие бактерии культивируют в промышленных масштабах и выделяют PI3 продуктов их жизнедеятельности интерферон, используемый как лекарственный препарат.

Учёные нашли способы не только выделять необходимые гены из организма, но и изменять их (редактировать) и снова встраивать в молекулу ДНК. Этот метод уже используют в селекции растений; с его помощью в будущем можно будет лечить больных наследственными и врождёнными заболеваниями.

Последние десятилетия генная инженерия поистине творит чудеса. Японским учёным удалось ввести в ДНК свиней ген шпината, в результате его мясо стало менее жирным. Генетически модифицированные растения произрастают уже на миллионах гектаров сельскохозяйственных угодий. Они отличаются от своих «собратьев» большей урожайностью, устойчивостью к вредителям, болезням и засухе, большим содержанием полезных питательных веществ.

Методами генной инженерии получен виноград, которому пересадили ген морозоустойчивости от дикой капусты, в результате чего в Канаде впервые появились виноградники.

Генетически модифицированных животных используют, например, для тестирования лекарственных препаратов с целью изучения их побочных эффектов. Путём генетической модификации получают животных, имеющих повышенную продуктивность и устойчивых к различным заболеваниям: овец с усиленным ростом шерсти, лососей, способных расти быстрее, чем природные сородичи, кур, устойчивых к птичьему гриппу, и т. д.

Другим направлением современной биотехнологии является клеточная инженерия.

Клеточная инженерия — это методы конструирования клеток нового типа.

Наиболее перспективное направление клеточной инженерии — выращивание из отдельных клеток новых тканей организма или даже органов. Ведь выращенные органы и ткани, в отличие от донорских, при пересадке не будут вызывать отторжения организмом. Более того, представляется возможность производить «ремонт» повреждённого органа или выращивать «запасной» непосредственно в организме, а не в пробирке.

Выращивание клеток осуществляют на специальных питательных средах. Из отдельной клетки можно вырастить и целый организм.

К методам клеточной инженерии можно отнести и клонирование — получение многих идентичных по форме и функциям генетически одинаковых потомков одной клетки или одного организма. В настоящее время в промышленных масштабах в пробирках на питательной среде выращивают так называемые микрорастения. Это крошечные проростки, образовавшиеся из одной клетки какого-либо растения. В свою очередь, клетки, из которых выращивают микрорастения, были получены путём клонирования одной единственной растительной клетки. Такой посадочный материал генетически совершенно одинаков и не заражён вирусами. В виде микрорастений многие виды растений сохраняют в коллекциях. Клоны клеток применяют как своеобразные химические заводы для получения биологически активных веществ: эритропоэтина, инсулина, средств для предотвращения тромбообразования в кровеносной системе.

 


Конспект урока по химии «Биотехнологии». В учебных целях использованы цитаты из пособия «Химия. 10 класс : учеб, для общеобразоват. организаций : базовый уровень / О. С. Габриелян, И. Г. Остроумов, С. А. Сладков. — М. : Просвещение». Выберите дальнейшее действие:

Добавить комментарий

На сайте используется ручная модерация. Срок проверки комментариев: от 1 часа до 3 дней