Краткое содержание главы
Биотехнология определяется как сфера научной и практической деятельности человека, использующая биологические объекты и их компоненты в медицине, промышленном производстве, защите окружающей среды, а также конструирующая биологические системы с качественно новыми свойствами. Сформулированы приоритетные задачи биотехнологии: улучшение и защита здоровья человека, консервация и создание генетического банка микроорганизмов, растений и животных, охрана окружающей среды, удовлетворение продовольственных и энергетических потребностей человечества, обеспечение его экономического роста и прогресса. Рассмотрены теоретические основы, объекты и техническая база биотехнологии. Изложены типовые технологические приемы биотехнологии: генетическая инженерия, клеточная технология, нанотехнология. Охарактеризованы главные направления биотехнологических исследований (экология, энергетика, сельское хозяйство, пищевая промышленность, медицина, добывающая, горнообогатительная и нефтегазовая промышленность, космонавтика) и представлены достигнутые результаты.
Творческие задания
- 1. Выберите одно правильное утверждение из четырех предложенных. В генетической инженерии в качестве «проводника» (векторной молекулы), облегчающей встраивание необходимого гена в геном бактерии, применяют:
- 1) плазмиды;
- 2) белки-рецепторы;
- 3) ферменты;
- 4) транспортные белки.
2. Выберите четыре правильных утверждения из семи предложенных.
Основные методы клеточной инженерии:
- 1) культивирование клеток и тканей;
- 2) разделение взвеси различных клеток путем дифференциального центрифугирования;
- 3) исследование микрорельефа клеток с помощью сканирующего электронного микроскопа;
- 4) гибридизация (слияние) клеток;
- 5) цитохимия (избирательное окрашивание определенных компонентов клеток на срезах фиксированных клеток или тканей);
- 6) реконструкция клеток и надклеточных структур;
- 7) клонирование.
- 3. Подберите соответствия; напишите номера утверждений, соответствующие приведенным понятиям.
Типовые технологические приемы биотехнологии.
A. Генетическая инженерия.
Б. Клеточная инженерия.
B. Нанотехнология.
Методические средства:
- 1) атомно-силовая микроскопия;
- 2) введение ядра или органслл, полученных от одних клеток, в протопласты (клетки, лишенные оболочки) других клеток;
- 3) гибридизация клеток;
- 4) интеграция того или иного гена в ДНК вируса с последующим введением вируса в бактерию;
- 5) введение исследуемого гена (изолированного или в составе комплекса ген-плазмида) в ядро клетки-реципиента путем микроинъекции;
- 6) клонирование.
- 4. Выберите из приведенного ниже списка необходимые термины и вставьте их в соответствующие места в тексте.
Принцип_заключается в том, что полученный из ДНК
человека (или другого организма) структурный_обраба
тывают специальным ферментом, в результате чего у него образуются _ концы. Выделенную из бактерии кольцевидную плазмиду (после «разрезания» особым ферментом) подвергают аналогичной процедуре. Полученные таким образом молекулы ДНК сшивают в кольцевидный гибрид, который вводят в живую _, где она
многократно реплицируется. Затем с встроенного в ее состав структурного _ снимается копия — и-РНК, на основе которой
в_синтезируется соответствующий_. По
сле наработки последнего в достаточных количествах клетки разрушают и выделяют искомый продукт.
Термины для вставки:
- 1) белок; 2) тРНК; 3) «липкие»; 4) генетическая инженерия; 5) лизосо- мы; 6) ген; 7) рибосомы; 8) клеточная инженерия; 9) бактерия; 10) митохондрии.
- 5. Заполните пустые ячейки в таблице.
Отрасли биотехнологии и некоторые достижения
|
Отрасли |
Достижения |
|
Биотрансформация вредных химических продуктов в биосфере с помощью микроорганизмов. Определение степени загрязненности окружающей среды при помощи целых организмов (биоиндикаторы) или искусственных конструкций, содержащих в качестве чувствительного элемента ткань, клетки, макромолекулы (биосенсоры) |
|
|
Получение экологически чистой энергии из субстратов (биогаза, низших спиртов и др.) — продуктов микробиологического синтеза. Получение водорода (который по теплотворности превосходит углеводороды) с помощью цианобактерий и бесклеточных систем, содержащих хлороиласты, искусственные доноры электронов и др. |
|
|
Микробиологический синтез кормовых добавок к рационам, стимуляторов роста для животных и растений, антибиотиков для борьбы с вредителями растений. Создание генетически модифицированных растений и животных. Клонирование растений и животных |
|
|
Использование бактерий, водорослей и микроскопических грибов в качестве источника белков (с высоким содержанием незаменимых аминокислот), липидов, углеводов, провитаминов (каротин), витаминов (Bj, В2, С) |
|
|
Разработаны принципы и технология генной, клеточной и трансляционной терапии некоторых заболеваний. Созданы искусственные и биоискусственные органы |
|
|
Сконструирована биосистема, способная обеспечить нормальную жизнедеятельность человека в автономных условиях продолжительностью более 10 лет |
б. Заполните пустые ячейки в схеме разделов и методических подходов медицинской биотехнологии.
7. Укажите последовательность стадий гибридомной технологии (метода получения моноклональных антител).
A. Размножение гибридных клеток путем культивирования в жидкой среде.
Б. Выделение и очистка моноклональных антител из культуральной среды.
B. Иммунизация животного определенным антигеном.
Г. Гибридизация клеток опухоли и клеток селезенки иммунизированного животного.
- 8. Перечислите не менее трех приоритетных задач биотехнологии.
- 9. Объясните, почему исследования но созданию генетически модифицированных организмов необходимо проводить под строгим контролем с соблюдением мер безопасности.
- 10. Определите справедливость данного утверждения (ответ — да/нет).
Искусственными органами называются гибридные конструкции, состоящие из технического и биологического компонентов и временно замещающие поврежденный аналогичный орган.
11. Дайте развернутый аргументированный ответ на вопрос.
Каким образом с помощью метода генной инженерии удалось улучшить качество мяса в направлении повышения содержания ненасыщенных жирных кислот?
Рекомендуемая литература
- 1. Гераськин, С. Л. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование / С. А. Гераськин, В. М. Глазер, Ю. К. Доронин. — М.: Академия, 2010.
- 2. Гнатик, Е. Н. Генетическая инженерия человека. Вызовы, проблемы, риски / Е. Н. Гнатик. — М.: Либроком/URSS, 2009.
- 3. Егорова, Т. Л. Основы биотехнологии / Т. А. Егорова, С. М. Клунова, Е. А. Живухина. — М.: Академия, 2003.
- 4. Орехов, С. Н. Биотехнология / С. Н. Орехов. — М.: Академия, 2014.
- 5. Патрушев, JI. И. Искусственные генетические системы / Л. И. Патрушев. — М.: Наука, 2004.
- 6. Попов, Б. В. Введение в клеточную биологию стволовых клеток / Б. В. Попов. — СПб.: СпецЛит, 2010.
- 7. Хенч, Л. Биоматериалы, искусственные органы и инжиниринг тканей / Л. Хенч, Д. Джонс. — М.: Техносфера, 2007.
- 8. Черпева, И. Р. Лекции по биотехнологии и пересадке эмбрионов / И. Р. Черпева. — М. : Московская ветеринарная академия им. Скрябина, 1997.
- 9. Щелкунов, С. Н. Генетическая инженерия / С. Н. Щелкунов. — Новосибирск : Сибирское университетское изд-во, 2004.
