Основні напрями сучасної біотехнології. Генетична та клітинна інженерія

                              

 

 

 

 

                                                                     Реферат

З біології

На тему: «Основні напрями сучасної біотехнології. Генетична та клітинна інженерія»

 

 

 

 

 

                                                                                                                                

                                                                                                    

 

 

 

 

 

 

 

План:

1. Основні напрями сучасної біотехнології.

• медичні біотехнології;

• агробіотехнології;
• екологічні біотехнології;

2. Генетична та клітинна інженерія.

• генетична інженерія;
• клітинна інженерія;

• гібридизація соматичних клітин;
• реконструкція клітин;
• поліпшення рослин і тварин на основі клітинних технологій.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                          Основні напрями сучасної біотехнології

У вузькому сенсі біотехнологіями називають  використання живих організмів у  виробництві та переробці різних продуктів. Деякі біотехнологічні процеси з давніх часів використовувалися в хлібопеченні, в приготуванні вина і пива, оцту, сиру, при різних способах переробки шкір, рослинних волокон та ін Сучасні біотехнології засновані головним чином на культивуванні мікроорганізмів (бактерій і мікроскопічних грибів), тваринних і рослинних клітин .

У широкому сенсі біотехнологіями називаються  технології, що використовують живі організми  або продукти їх життєдіяльності. Або  можна сформулювати так: біотехнології  пов'язані з тим, що виникло біогенним шляхом. В нашому огляді ми використовуємо термін біотехнології в широкому сенсі.

Основними напрямами  розвитку сучасних біотехнологій є  наступні:

• медичні біотехнології;
• агробіотехнології;
• екологічні біотехнології;

 Медичні  біотехнології поділяються на  діагностичні та лікувальні.

Діагностичні медичні біотехнології  поділяються на:

• хімічні (визначення діагностичних речовин та параметрів їх обміну)
• фізичні (визначення фізичних полів організму).

 Визначення  фізичних полів людського організму  має велике діагностичне значення. Фізична діагностика дешевше  і швидше, ніж хімічна, тому  її роль в майбутньому буде  зростати.

 Раніше  діагностичні хімічні біотехнології  зводилися до визначення в  тканинах і біологічних рідинах речовин, що мають діагностичне значення. Назвемо цей підхід статичним. В даний час діагностика використовує визначення швидкостей утворення і розпаду представляють інтерес речовин, а також визначення активності ферментів, що здійснюють відповідно синтез і деградацію цих речовин. Назвемо цей підхід динамічним. І нарешті діагностика стала оцінювати вплив на метаболізм діагностичних речовин певних функціональних впливів. Такий підхід можна назвати функціональним. Він дозволяє виявити резервні можливості організму.

 У давнину  для лікування хворих використовували рослини і мінерали. В останні два століття широке раcпространеніе отримали синтетичні хімічні препарати і антибіотики. Порівняно недавно в фармакології почали використовувати індивідуальні біологічно активні сполуки і складати їх оптимальні композиції, а також використовувати специфічні активатори та інгібітори певних ферментів. Альтернативою антибіотиків стає витіснення патогенної мікрофлори сапрофітної мікрофлорою (використання мікробного антагонізму).

 Крім  лікарських методів лікування  в сучасній медицині використовують  ще аромати (аромотерапія), механічні дії (масаж) і вплив фізичних полів (фізіотерапія). Фізичні поля цікаві тим, що з їх допомогою можна лікувати самі різні захворювання. Найбільший інтерес зараз викликають тепловий вплив, лазерне випромінювання і КВЧ-випромінювання (електромагнітне випромінювання міліметрового діапазону)

 Найбільш актуальними проблемами сучасної медицини є боротьба з серцево-судинними захворюваннями (насамперед із атеросклерозом), з онкологічними захворюваннями, з алергіями, старінням і з вірусними інфекціями (у тому числі зі СНІДом).

 Останнім  часом з'явилися ефективні засоби  боротьби з атеросклерозом. Це  перш за все статини (і з'являються все нові і більш ефективні засоби цього ряду). Вважається, що широке застосування цих ліків повинне привести до істотного продовження життя. На думку ряду фахівців вирішення проблеми онкологічних захворювань буде досягнуто за допомогою імунологічних методів, що дозволяють вибірково знищувати пухлинні клітини. Вирішення проблеми раку має підвищити середню тривалість життя. Рішення проблем алергічних захворювань визначається розвитком імунології та прогресом у вивченні такої фундаментальної проблеми медицини, як запалення. Людство ще дуже погано справляється взагалі з вірусними інфекціями, а не тільки зі СНІДом. Хіміотерапія і антибіотики, що дозволяють ефективно боротися з бактеріальною інфекцією, не ефективні у відношенні вірусів. Передбачається, що істотний прогрес у справі боротьби з вірусними інфекціями буде досягнуто за рахунок розвитку молекулярної біології вірусів, зокрема вивчення взаємодії вірусів з специфічними для них клітинними рецепторами.

 Розшифрування геному людини і успіхи в клонуванні тварин відкривають приголомшливі перспективи в медицині. Однак тут не все так просто. Мало знати структуру конкретного гена, треба ще знати, як регулюється його активність. Інтенсивні роботи в області регуляції активності геному еукаріот в поєднанні з удосконаленням методів генної інженерії повинні забезпечити вирішальний прогрес у лікуванні таких захворювань, як діабет. Використання методу клонування людини може привести до створення банку "запасних частин" для конкретних людей і забезпечити досить значне продовження їхнього життя. Однак проти цього висуваються заперечення морального порядку. Видається, що дилема буде дозволена зі створенням технологій клонування тканин і органів.

 Ще одну революцію в медицині має викликати вивчення так званих стовбурових клітин, тобто клітин, які є попередниками інших типів клітин, включаючи нервові. Використання стовбурових клітин - це в перспективі вирішення проблеми регенерації, тобто радикального лікування інсульту, інфаркту, відновлення втрачених кінцівок і т.п., а також досить істотне продовження життя.

 Видається, що зараз лідерами медичної науки є медична генетика та імунологія.

 Медична  генетика може не тільки запобігати  появі на світ генетично неповноцінних дітей шляхом генетичного консультування їх батьків і диагносцировать генетичні захворювання. Її перспектива-це пересадка генів і управління їх активністю.

 Імунологія  дозволяє створювати нові підходи до лікування імунологічних захворювань (у тому числі імунодефіцитів, аутоіммуннних захворювань і алергії), інфекційних і онкологічних захворювань.

 До теперішнього часу розроблено безліч ефективних методів усунення зморшок, підвищення пружності шкіри, підвищення тонусу мімічних м'язів і т.п. Лікувальна косметологія-це бурхливо розвивається галузь медицини.

 Раніше медицина займалася тільки хворими людьми. Зараз з'явилася нова медична наука валеологія, яка займається проблемами зміцнення і підтримання здоров'я здорових людей. Ціла нова область індустрії - виробництво харчових добавок обслуговує передусім практично здорових людей. На Заході виникла мода на здоров'я, зараз вона дійшла і до Росії. Дуже багато людей стали бігати для здоров'я і займатися у фітнес-центрах. До технологій здоров'я примикають спортивні біотехнології, насамперед методики тренувань, відновлення після навантажень, а також спортивні дієти.

Зараз спостерігається  спалах інтересу до східної медицини (аюрведа, йога, китайська медицина, тибетська медицина) і народної медицини. Йде освоєння досягнень цих напрямків традиційної медицини сучасною медичною наукою.

Зелена революція (тобто різке підвищення продуктивності рослинництва за рахунок використання мінеральних добрив, пестицидів та інсектицидів) дозволила різко підняти продуктивність сільського господарства. Разом з тим виявилися і її негативні наслідки. Наприклад, отруєння нітратами та отрутохімікатами. Сьогодні основне завдання агробіотехнологій-це подолання негативних наслідків зеленої революції. При цьому наголос робиться на біологічні методи відновлення родючості грунту, біологічні методи боротьби зі шкідниками сільськогосподарських культур, перехід від монокультур до полікультурам (при цьому зростає вихід біомаси з одиниці площі сільгоспугідь), використання лісосмуг (це збільшує снігозатримання, крім того, в лісосмугах знаходять місце для гніздування птахів, що знищують шкідників сільгоспкультур), виведення нових високопродуктивних і володіють іншими корисними властивостями сортів культурних рослин, наприклад, посухостійкістю або стійкістю до засолення (слід врахувати, що використання меліорації в землеробстві призводить до засолення грунтів). Нові сорти рослин зараз отримують і за допомогою генної інженерії (так звані трансгенні рослини).

 У справі  створення високопродуктивних порід  домашніх тварин починається прорив, обумовлений створенням методу клонування. Він дозволяє не створювати власне нову породу, тобто групу особин, які мають сукупністю наследственноустойчівих ознак при проведенні схрещування всередині породи, а просто тиражувати в необмеженій кількості один вдалий екземпляр. Ветеринарні науки розвиваються паралельно відповідним медичним та мають подібну проблематику.

До сільськогосподарських  наук примикає лісівництво. Знищення лісів  стало проблемою планетарного масштабу. Ліс на відміну від нафти і газу є поновлюваний природний ресурс, але відновити його не просто і це займає багато часу. На розвиток лісівництва все більший вплив робить розвиток екології. Наприклад, виявилося, що збереження сухого древостоя істотно необхідно для збереження фауни лісу.

 У сільському  господарстві вирощують не тільки  продовольчі, а й технічні культури, такі як бавовна, льон та інші.

 Продовольчі  сільськогосподарські культури  служать сировиною для харчової  промисловості. Виготовлення харчових  продуктів з рослинної і тваринної  сировини, їх зберігання та кулінарна  обробка-теж біотехнології. Особливий  інтерес, насамперед через принесених  ними величезних прибутків, викликають  алкогольна і тютюнова промисловість.

 У зв'язку  з дефіцитом продовольства, особливо  високоякісного, постає проблема  штучної їжі. Широко відомо  про штучну ікрі. Для виготовлення  штучного м'яса використовують сою, боби якої багаті повноцінним білком. На корм худобі можна використовувати продукти, отримані з водоростей і мікробної біомаси. Відомий приклад - отримання кормової біомаси з мікробів, що ростуть на нафті.

 Оскільки  обмін мікроорганізмів надзвичайно  різноманітний, з їх допомогою можна отримувати різні продукти. Цим займається мікробіологічна промисловість. Слід зазначити, що за допомогою генної інженерії можна здійснювати мікробний (а значить дешевий) синтез багатьох біологічно активних речовин, присутніх в тканинах тварин і рослин в дуже низьких концентраціях, наприклад, інсуліну.

Крім наземних сільськогосподарських культур  і тваринництві джерелом продовольства  служать моря і річки. Біологія допомагає збільшувати вилов риби і видобуток інших морепродуктів і відновлювати їх запаси. Порівняно недавно з'явилася аквакультура, тобто вирощування водоростей і молюсків на підводних плантаціях.

 Використання  принципів функціонування біологічних  систем в техніці складає предмет біоніки.

 У полотнах  старих майстрів використовувалися  матеріали (наприклад, сполучні - масло в олійного живопису і камеді в акварелі). Тому для атрибуції і реставрації картин використовують біотехнологічні методи.

 У зв'язку  із зростанням розмаху господарської  діяльності людини вельми актуальними  стають проблеми екології. Біотехнології  використовуються для знищення  забруднень навколишнього середовища (наприклад, очищення води або  очищення від нафтових забруднень), для відновлення зруйнованих  біоценозів (наприклад, тропічних  лісів ними північної тундри), для відновлення популяцій зникаючих видів або для акліматизації обраних видів у нових місцях проживання. Біологи борються за збереження видового різноманіття, тому що воно надає стійкість біоценозу і біосфері в цілому. Існує проблема заселення забруднених територій стійкими до цих забруднень видами або породами. Наприклад, через використання солі для боротьби зі снігом в містах гине рослинність. Рослини, стійкі до засолення, краще в цих умовах.

 Життя  є силою геологічного масштабу. Тому в число геологічних наук  входять палеонологія і біогеохімія.

  Палеонтологія - наука про викопні залишки тварин і рослин. Уже давно вік геологічних пластів датують по викопних залишках, характерним для певного періоду розвитку життя на Землі. Біогеохімія - наука про розподіл біогенних елементів на Землі - використовується для передбачення місцезнаходження корисних копалин, що мають биогенное походження.

  Космічна біологія і медицина вивчають існування земних організмів в умовах космосу та інших планет, а також намагаються вирішити проблему виникнення життя і виявити позаземні форми життя. Однією з широко відомих космічних біотехнологій є замкнута біосистеми, призначена для функціонування в умовах тривалого космічного польоту.