Естествознание Биотехнология и генная инженерия – технологии XXI в.

Колледж (Факультет СПО)
Реферат
По дистиплине: Есествознание
Вариант 4
На тему: Биотехнология и генная инженерия – технологии XXI в.
Выполнил: студет группы КДБо 11/0-18
Останина Н.И
Москва – 2019г.
Содержание
Введение………………………………………………………………………..3
1. Биотехнологии ……………………………………………………………...3
2. Центральная проблема биотехнологии………………………………..…..4
3. Как развивается Западная и Российская генная инженерия…………….. 5
4. Первое10-летие XXI века ……………………………….……………….....6
5. Второе 10-летие XXI века…………………………………………………..7
Заключение……………………………………………………………………..8
Список использованной литературы…………………………………….........9
Введение.
Генные вакцинации. Если вводить соматотропин в дозах 10 мг на 1 кг
веса три раза в неделю, то за год ребенок, страдающий от его недостатка,
может подрасти на 5 см. Введение гена в наследственный аппарат клеток
растений и животных представляет собой сложную задачу, которая была
решена после изучения особенностей внедрения чужеродной ДНК вируса или
бактерии в генетический аппарат клетки. Таким образом, доступные
количества гормона были ограничены, кроме того, гормон, получаемый этим
способом, был неоднороден и мог содержать медленно развивающиеся
вирусы. Когда говорят о современной биотехнологии, то подобное
определение дополняют словами: на базе достижений молекулярной
биологии. Они объединяют не только биотехнологию, молекулярную
биологию и генную инженерию, но также и химию, физику. Узнаем же больше
о технологиях XXI века.
1. Биотехнологии.
Одной из развивающихся отраслей биотехнологии считается технология
микробного синтеза ценных для человека веществ. По прогнозам, дальнейшее
развитие этой отрасли повлечет за собой перераспределение ролей в
формировании продовольственной базы человечества растениеводства и
животноводства с одной стороны, и микробного синтеза - с. Не менее важным
аспектом современной микробиологической технологии является изучения
участия микроорганизмов в биосферных процессах и направленная регуляция
их жизнедеятельности с генная инженерия и биобезопасность реферат
решения
проблемы
охраны
окружающей
среды
от
техногенных,
сельскохозяйственных и бытовых загрязнений.
С этой проблемой тесно связаны исследования по выявлению роли
микроорганизмов в плодородии почв гумусообразовании и пополнении
запасов
биологического
азота
борьбе
с
вредителями
и
болезнями
сельскохозяйственных культур, утилизации пестицидов и других химических
3
соединений в почве. Имеющиеся в этой области знания свидетельствуют о
том, что изменение стратегии хозяйственной деятельности человека от
химизации к биологизации земледелия оправдывается как с экономической,
так и с экологической точек зрения.
Ведутся работы по созданию биополимеров, которые будут способны
заменить современные пластмассы. Эти биополимеры имеют существенное
преимущество перед традиционными материалами, так как нетоксичны и
подвержены
биодеградации,
то
есть
легко
разлагаются
после
их
использования, не загрязняя окружающую среду. Биотехнологии, основанные
на достижениях микробиологии, наиболее экономически эффективны при
комплексном их применении и создании безотходных производств, не
нарушающих экологического равновесия.
2. Центральная проблема биотехнологии.
Центральная проблема биотехнологии - интенсификация биологических
процессов как за счет повышения потенциала биологических агентов и их
систем, так и за счет усовершенствования оборудования, применения
биокатализаторов
иммобилизованных
ферментов
и
клеток
в
промышленности, аналитической химии, медицине.
Если вводить соматотропин в дозах 10 мг на 1 кг веса три раза в неделю, то
за год ребенок, страдающий от его недостатка, может подрасти на 6 см.
В высших организмах конкретные гены кодируют производство белков
в определенных тканях.
Отсутствие гомологии между хромосомами приводит к неспособности
сближаться и обмениваться отдельными участками и генами в процессе
образования половых клеток.
В основе промышленного использования достижений биологии лежит
техника создания рекомбинантных молекул ДНК. Конструирование нужных
генов позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью
4
животных, растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми
свойствами. В частности, возможно управление процессом фиксации
атмосферного
азота
и
перенос
соответствующих
генов
из
клеток
микроорганизмов в геном растительной клетки. В качестве источников сырья
для
биотехнологии
все
большее
значение
будут
приобретать
воспроизводимые ресурсы не пищевых растительных материалов, отходов
сельского хозяйства, которые служат дополнительным источником как
кормовых веществ, так и вторичного топлива биогаза и органических
удобрений.
3. Как развивается Западная и Российская генная инженерия.
Начнем с терминологии. Совокупность человеческих генов, или геном,
— это, грубо говоря, энциклопедия, которую, как всякий текст, можно
редактировать: что-то стереть, что-то допечатать или просто переставить
буквы местами. А геномное редактирование — современная биотехнология,
позволяющая вырезать и вставлять в наш геном нужные кусочки. Существует
даже специальный редактор типа Microsoft Word, только генетический, — он
называется CRISPR/Сas9. В основе этой биотехнологии лежат особые участки
ДНК (как раз те самые CRISPR), обнаруженные в геноме бактерий около
двадцати лет назад. Эти участки представляют собой что-то вроде каталога
вирусов, «библиотеки врагов», с которыми бактерии или ее предку довелось
встретиться:
когда
в
бактерию
проникает
вирус,
она
записывает
последовательность букв в его геноме и легко узнает ее при следующей
встрече. Уничтожая с помощью белка Сas9, тот вырезает вирусную ДНК,
защищая клетку от инфекции.
Сначала это открытие заинтересовало только микробиологов. Но в 2011
году ученые Эммануэль Шарпентье и Дженнифер Дудна, изучавшие
CRISPR/Cas9, обнаружили, что механизм можно обмануть, заставив
редактировать чужую ДНК в человеческих клетках. «Это открытие
исключительно важное, — комментирует Хэнк Грили, профессор Стэнфорда
5
и специалист по юридическим и социальным вопросам генетики. — Ведь оно
позволяет предотвратить наследственную болезнь еще на этапе эмбриона,
исправить данные, затронутые наследственной мутацией». Так, гемофилию —
болезнь, от которой страдал царевич Алексей Романов, — вызывает изменение
всего лишь одной буквы ДНК (а в нашем геноме их более 6 миллиардов
символов). Найдя «опечатку», белок Cas9 разрезает хромосому в нужном
месте и, если в клетку своевременно введена правильная копия гена, сам
заделывает разрыв по эталонному образцу — исправляя огрех природы
буквально на глазах ученых.
Проблема
в
том,
что
при
этом
нередко
появляются
новые
незапланированные ошибки: белки Cas9 без спроса редактируют ДНК в самых
неожиданных местах, а геном человека не терпит случайных вмешательств. В
ходе знаменитого эксперимента 2015 года, когда китайские ученые взяли
человеческие эмбрионы с испорченным геном и ввели в него белок Cas9, тот
не только нашел и успешно заменил его в 5—10% случаев, но и вызвал
множество новых мутаций. «В любом тексте есть похожие обороты, и Сas9
будет
редактировать
их
повсюду,
—
объясняет
Ирина
Жегулина,
руководитель Центра геномной медицины в клиниках EMC. — Чтобы такого
не происходило, ученые пробуют выбирать кусочек «текста» побольше, с
захватом соседних букв. Что-то вроде «Александр пошел на речку», а не
просто — «пошел на». В этом случае будет меньше ошибок, потому что и
текстовых совпадений будет меньше». Так или иначе, CRISPR/Cas9 пока
работает неточно и для врачей-генетиков, которые занимаются проблемами
здоровья прямо сейчас, пока не выглядит перспективой ближайшего
будущего. Другое дело — медицинские исследования и сельское хозяйство.
4. Первое 10-летие XXI века.
2003 г. — Почти полностью прочитан геном человека.
2010 г. — Группа Крейга Вентера и Гамильтона Смита создала
Синтию — первый организм с полностью синтетической хромосомой.
6
5. Второе 10-летие XXI века.
2011 г. — Сконструированы сайт-специфические нуклеазы TALEN.
2011 г. — Зарегистрирован первый российский генно-терапевтический
препарат, «Неоваскулген». Препарат представляет собой кольцевую ДНК
(плазмиду) с геном, кодирующим синтез фактора роста эндотелия сосудов, и
применяется для лечения ишемии нижних конечностей атеросклеротического
генеза. Препарат основан на биотехнологии 1974 года (см выше).
2012 г. — В Европе одобрено первое генно-терапевтическое лекарство,
Glybera. Лекарство работает по принципу ERT - ферменто-заместительной
терапии (ERT был разработан в 1964 году Кристианом де Дювом и Роско
Брэйди)
Glybera
предназначено
для
лечения
редкого
генетического
заболевания — дефицита липопротеинлипазы. Курс лечения оценен в 1,1
миллиона евро. Во всей Европе количество потенциальных пациентов не
превышает 150-200 человек. С 2012 по 2017 год всего один пациент прошел
курс лечения Glybera. Фактически препарат оказался ненужным в силу
крайней узости действия..
2012 г. — Разработана технология геномного редактирования CRISPRCas9. [на самом деле метод CRISPR был открыт намного раньше, в 1987 -1993,
о чем будет сказано ниже - A.R.]
2014 г. — Получена бактерия с расширенным генетическим кодом.
2014–2017 гг. — Первые попытки клинического редактирования ДНК
человека инженерными нуклеазами.
2017 г. — В США одобрено первое генно-терапевтическое лекарство,
Kymriah. Это фактически не препарат а метод лечения острой лимфобластной
лейкемии путем взятия T-лимфоцитов у пациента и их "химерной" генной
модификации для борьбы со специфическими раковыми клетками (число
пациентов порядка десятков человек, цена лечения - 475000 долларов).
7
Заключение
Я ознакомила вас с современным состоянием генной инженерии и
биотехнологии также интересными фактами о них. Они быстро развиваются.
В ближайшем будущем я думаю люди уже не будут бояться заболеть
раком или родить ребенка с страшными генными заболеваниями, а наоборот
забудут об этих ужасных вещах, и на свет начнут появляться великие гении.
8
Список использованной литературы.
1. Шмид Рольфю. Наглядная биотехнология и генетическая инженерия /
Лаборатория знаний, 2019 г - 328c.
2. Журавлева Г.А. Генная инженерия в биотехнологии. Эко-Вектор, 2019 г. –
342с.
3. Свободная энциклопедия: https://ru.wikipedia.org
4. Свободная энциклопедия: https://ru.wikipedia.org
5. Блог: https://www.chemistry-expo.ru
9