§ 35. Биотехнология, её достижения и перспективы развития

Вопрос. Какие из изученных ранее методов селекции, на ваш взгляд, можно применить в селекции микроорганизмов?

Отбор и индуцированный мутагенез.

Стр. 247

Вопрос. Заполните таблицу.

Методы биотехнологии

Вопрос. Какими проблемами занимается биотехнология?

Позволяет использовать живые организмы и биологические процессы для промышленного получения необходимых продуктов. Чаще для этих целей используют микроорганизмы. Развивающаяся биотехнология способствует преобразованию сельского хозяйства и пищевой промышленности, предлагает экологически более безопасные способы производства ряда химических веществ.

Вопрос. Какие проблемы решает клеточная инженерия?

Создание гибридных клеток и изучение их свойств позволяет решать многие проблемы биологии и медицины. Так, гибридные клетки могут послужить источником ценных веществ, необходимых для производства лекарственных веществ, или из гибридных клеток можно вырастить ценные растения.

Вопрос. Какие аспекты развития современного общества способствуют развитию клеточной и генной инженерии? Каковы перспективы их развития?

Это накопление огромного фактического материала о строении и функционировании живых систем, большие успехи биохимии, биофизики, молекулярной биологии, использование новых технологий.

В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Примерами применения генной инженерии являются получение новых генетически модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путём использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований. Проводятся первые эксперименты по использованию бактерий с перестроенной ДНК для лечения больных.

Разработаны многочисленные приёмы активного воздействия на клетку — от обработки сильнодействующими ядами, до радиоактивного облучения. Цель этих приёмов одна — добиться изменения наследственного, генетического аппарата клетки. Их результат — получение многочисленных микробов-мутантов, из сотен и тысяч которых учёные потом стараются отобрать наиболее подходящие для той или иной цели. Создание приёмов химического или радиационного мутагенеза было выдающимся достижением биологии и широко применяется в современной биотехнологии.

За последние несколько десятилетий учёные создали методы, благодаря которым отдельные клетки тканей растения или животного можно заставить расти и размножаться отдельно от организма. Это было важное достижение — полученные культуры клеток используют для экспериментов и для промышленного получения некоторых веществ, которые с помощью бактериальных культур получить невозможно. Другое направление исследований — удаление из ДНК генов, ненужных для кодирования белков и функционирования организмов и создание на основе таких ДНК искусственных организмов с "усеченным набором" генов. Это позволяет резко повысить устойчивость модифицируемых организмов к вирусам.

Вопрос. Каковы особенности методов, используемых в селекции микроорганизмов?

Селекция микроорганизмов имеет ряд преимуществ: обилие исходного материала, т.к. за короткий промежуток вырастают миллионы колоний бактерий, структура генома проще, мутационные изменения можно увидеть уже в первом поколении. Методы селекции микроорганизмов:

1. Искусственный метагенез.

С помощью рентгеновских лучей, ультрафиолета, химических соединений и других мутагенных факторов повышается в сотни раз мутационный процесс, с целью получения нужных мутаций.

2. Искусственный отбор.

Осуществляется отбор рас микроорганизмов, наиболее активно синтезирующих необходимые человеку соединения.

3. Генная инженерия.

Целенаправленное создание новых комбинаций генетического материала и последующее его встраивание в генетический аппарат клеток микроорганизмов с последующим клонированием нужного гена.

Вопрос. Какие проблемы развития биотехнологии связаны с этическими аспектами?

Опыты с тканями и эмбрионами человека, попытки клонирования людей активно обсуждаются не только в науке, но и в обществе. Во-первых, это терапевтическое клонирование, то есть создание эмбрионов человека для использования их клеток в лечебных целях, во-вторых, репродуктивное клонирование с целью создания клонов человека как особей. То и другое направления клонирования человека влекут за собой острые дискуссии. Одни настаивают на необходимости клонирования эмбрионов для терапевтических целей, считая человеческий эмбрион простым скоплением делящихся клеток. Другие категорически возражают против этого, считая эмбрион развивающимся зародышем человека, с его способностями и уникальными качествами в будущем. Поэтому пока эти новые методы «тормозятся» и не развиваются.

Вопрос. Что такое нанотехнологии и каковы перспективы их развития?

Нанотехнология — это новая отрасль технологии, использующая в практических целях микроскопические объекты, размеры которых измеряются нанометрами.

На данный момент возможно наметить следующие перспективы нанотехнологий:

1. Медицина.

Создание молекулярных роботов-врачей, которые "жили" бы внутри человеческого организма, устраняя или предотвращая все возникающие повреждения, включая генетические.

2. Геронтология. Достижение личного бессмертия людей за счет внедрения в организм молекулярных роботов, предотвращающих старение клеток, а также перестройки и улучшения тканей человеческого организма. Оживление и излечение тех безнадежно больных людей, которые были заморожены в настоящее время методами крионики.

3. Сельское хозяйство. Замена природных производителей пищи (растений и животных) аналогичными функционально комплексами из молекулярных роботов. Они будут воспроизводить те же химические процессы, что происходят в живом организме, однако более коротким и эффективным путем. Например, из цепочки "почва — углекислый газ — фотосинтез — трава — корова — молоко" будут удалены все лишние звенья. Останется "почва — углекислый газ — молоко (творог, масло, мясо)". Такое "сельское хозяйство" не будет зависеть от погодных условий и не будет нуждаться в тяжелом физическом труде. А производительности его хватит, чтобы решить продовольственную проблему раз и навсегда.

4. Биология. Станет возможным внедрение наноэлементов в живой организм на уровне атомов. Последствия могут быть самыми различными — от "восстановления" вымерших видов до создания новых типов живых существ, биороботов.

5. Экология. Полное устранение вредного влияния деятельности человека на окружающую среду. Во-первых, за счет насыщения экосферы молекулярными роботами-санитарами, превращающими отходы деятельности человека в исходное сырье, а во-вторых, за счет перевода промышленности и сельского хозяйства на безотходные нанотехнологические методы.

Стр. 248–249

Подведем итоги. Изменчивость.

А 1 — 4; А 2 — 2; А 3 — 1; А 4 — 1.

В 1 — 1, 3, 5;

В 2: А — 1, А — 2, Б — 3, Б — 4, Б — 5, А — 6

В 3 — штамм.