«Оглавление: I.Введение. Историческая справка II.Основная часть: -суть понятия -направления биотехнологии -объекты и методы биотехнологии III.Заключение Цель: Определить ...»

Биотехнологии на службе человека

Выполнили :ученицы 11 класса Горловкой ОШ I - III ступеней №22 Евсюкова Екатерина Красникова Ксения Куликова Диана

Оглавление:

I.Введение. Историческая справка

II.Основная часть:

-суть понятия

-направления биотехнологии

-объекты и методы биотехнологии

III.Заключение

Цель: Определить возможные перспективы развития биотехнологии и генной инженерии

Задача: Познакомится с основными направлениями биотехнологии и генной инженерии.

Историческая справкаОтдельные элементы биотехнологии появились достаточно давно. По сути, это были попытки использовать в промышленном производстве отдельные клетки (микроорганизмы) и некоторые ферменты, способствующие протеканию ряда химических процессов.Так, в 1814 году петербургский академик К. С. Кирхгоф открыл явление биологического катализа и пытался биокаталитическим путём получить сахар из доступного отечественного сырья (до середины XIX века сахар получали только из сахарного тростника). В 1891 году в США японский биохимик Дз. Такамине получил первый патент на использование ферментных препаратов в промышленных целях: учёный предложил применить диастазу для осахаривания растительных отходов.В начале XX века активно развивалась бродильная и микробиологическая промышленность. В эти же годы были предприняты первые попытки использовать ферменты в текстильной промышленности.В 1916—1917 годах русский биохимик А.

М. Коленев пытался разработать способ, который позволил бы управлять действием ферментов в природном сырье при производстве табака.Огромный вклад в дело практического использования достижений биохимии внёс академик А. Н. Бах, создавший важное прикладное направление биохимии — техническую биохимию. А. Н. Бах и его ученики разработали множество рекомендаций по улучшению технологий обработки самого различного биохимического сырья, совершенствованию технологий хлебопечения, пивоварения, виноделия, производства чая и табака и т. п., а также рекомендации по повышению урожая культурных растений путём управления протекающими в них биохимическими процессами.Все эти исследования, а также прогресс химической и микробиологической промышленности и создание новых промышленных биохимических производств (чая, табака и т. п.) были важнейшими предпосылками возникновения современной биотехнологии.В производственном отношении основой биотехнологии в процессе её формирования стала микробиологическая промышленность. За послевоенные годы микробиологическая промышленность приобрела принципиально новые черты: микроорганизмы стали использовать не только как средство повышения интенсивности биохимических процессов, но и как миниатюрные синтетические фабрики, способные синтезировать внутри своих клеток ценнейшие и сложнейшие химические соединения. Перелом был связан с открытием и началом производства антибиотиков.Первый антибиотик — пенициллин — был выделен в 1940 году. Вслед за пенициллином были открыты и другие антибиотики (эта работа продолжается и поныне). С открытием антибиотиков сразу же появились новые задачи: налаживание производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами, работа над удешевлением и повышением уровня доступности новых лекарств, получением их в очень больших количествах, необходимых медицине.Синтезировать антибиотики химически было очень дорого или вообще невероятно трудно, почти невозможно (недаром химический синтез тетрациклина советским учёным академиком М. М. Шемякиным считается одним из крупнейших достижений органического синтеза). И тогда решили для промышленного производства лекарственных препаратов использовать микроорганизмы, синтезирующие пенициллин и другие антибиотики. Так возникло важнейшее направление биотехнологии, основанное на использовании процессов микробиологического синтеза.

Суть понятияО биотехнологии нынче говорят много, серьезно и сосредоточенно, с энтузиазмом и надеждами, устремленными в будущее. Это едва ли не ведущее научное направление современности, в перспективе обещающее преобразовать и значительно улучшить многие аспекты нашей повседневной жизни, и, более того, привнести доселе неведомые. Биотехнология демонстрирует стремление поставить живое себе на службу не только на макроуровне, что сделано еще на заре человеческой цивилизации, но и на уровне отдельно взятой клетки. И это не утопия. Да, люди до сих пор производят хлеб, вино и пиво, прибегая к методам биотехнологии, но сейчас они ушли значительно дальше. Работают с клетками, изменяют клетки так, как считают нужным. Совершают действия на уровне фантастики. Тем не менее, все это более чем реальность.БИОТЕХНОЛОГИЯ (от греч. bios — жизнь, techne — искусство, мастерство и logos — слово, учение), использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Биотехнология — междисциплинарная область, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук. С развитием биотехнологии связывают решение глобальных проблем человечества — ликвидацию нехватки продовольствия, энергии, минеральных ресурсов, улучшение состояния здравоохранения и качества окружающей среды. Сейчас методы биотехнологии внедряются в промышленность, сельское хозяйство и медицину. Генетическая инженерия, клеточная инженерия и, конечно, клонирование наиболее актуальны в XXI веке

Направления биотехнологии

В науке биотехнологии можно выделить три основных части:

1. Промышленная биотехнология, где рассматриваются общие принципы осуществления биотехнологических процессов, происходит знакомство с основными объектами и сферами применения биотехнологии, рядом крупномасштабных промышленных биотехнологических производств, использующих микроорганизмы.

2. Клеточная инженерия. Основная цель этого раздела – знакомство с методами ведения культур клеток и практическим использованием этих объектов. В рамках этого раздела выделяют культивирование растительных клеток и методы культивирования животных клеток, так как подходы к культивированию этих объектов различаются в силу их принципиальных биологических различий. Клеточная биотехнология обеспечила ускоренное получение новых важных форм и линий растений и животных, используемых в селекции на устойчивость, продуктивность и качество; размножение ценных генотипов, получение ценных биологических препаратов пищевого, кормового и медицинского назначения

3. Генная инженерия. Высшим достижением современной биотехнологии является генетическая трансформация, перенос чужеродных генов и других материальных носителей наследственности в клетки растений, животных и микроорганизмов, получение трансгенных организмов с новыми или усиленными свойствами и признаками.

По своим целям и возможностям в перспективе это направление является стратегическим. Оно позволяет решать коренные задачи селекции биологических объектов на устойчивость, высокую продуктивность и качество продукции при оздоровлении экологической обстановки во всех видах производств. Однако для достижения этих целей предстоит преодолеть огромные трудности в повышении эффективности генетической трансформации и прежде всего в идентификации генов, создании их банков клонирования, расшифровке механизмов полигенной детерминации признаков и свойств биологических объектов, обеспечении высокой экспрессии генов и создании надежных векторных систем. Уже сегодня во многих лабораториях мира, в том числе и в России, с помощью методов генетической инженерии созданы принципиально новые трансгенные растения, животные и микроорганизмы, получившие коммерческое признание.

Объекты и методы биотехнологии

Объектами биотехнологии являются вирусы, бактерии, грибы, клетки растений, животных и человека, биогенные вещества. Диапазоны распространяются от вирусов до человека. Для реализации биотехнологических процессов важными параметрами биообъектов являются: чистка, скорость размножения клеток и репродукции вирусных частиц, активность и стабильность биомолекул. Следует учитывать, что при создании благоприятных условий для избранного биообъекта биотехнологии эти же условия могут оказаться благоприятными и для микробов-контаминтантов или загрязнений. Представителями контаминирующей микрофлоры оказываются вирусы, бактерии, грибы, которые находятся в культурах растительных и животных клеток. Здесь микробы-контаминанты выступают вредителями производств в биотехнологии. Так при использовании ферментов в качестве биокатализаторов возникает необходимость предохранения их в изолированном состоянии от сапрофитной микрофлоры, которая может проникнуть в сферу биотехнологического процесса извне, следствие негерметичности. Независимо от систематического положения биообъекта, на практике используют либо природные организованные частицы (фаги, вирусы) и клетки с естественной генетической информацией, либо клетки с искусственно заданной генетической информацией.

В биотехнологии существуют свои специфические методы:

• крупномасштабное глубинное культивирование биообъектов в периодическом непрерывном режиме.

• выращивание клеток растительных и животных тканей в особых условиях.

Биотехнологические методы культивирования биообъектов выполняются в специальных оборудованиях-ферментаторах.Возможностей использования биологических технологий в современном мире гораздо больше, чем в древности. Сегодня биотехнологии используются:

- в пищевой промышленности;

- в получении лекарственных препаратов;

- в сохранении генофонда растений и животных с помощью высушивания и замораживания биологических объектов в жидком азоте.

Важнейший раздел современной биотехнологии – изучение генофонда методами генной и клеточной инженерии.

Методы биотехнологии нашли широкое применение в сельском хозяйстве. Они позволяют очищать окружающую среду от отходов различных производств, токсических веществ с использованием фильтров из корней растений, очищающих сточные воды от тяжелых металлов. Получить клонированные бактериальные гены, которые уже используются для создания трансгенных растений, устойчивых к ряду болезней, а также получение в Беларуси первых трансгенных козлят от разных конструкций по лактоферину человека и т. д.Промышленная биотехнология – биотехнология пищевых продуктов, препаратов для сельского хозяйства, препаратов и продуктов для промышленного и бытового использования, лекарственных препаратов, средств диагностики и реактивов. Биотехнология также включает выщелачивание и концентрирование металлов, защиту окружающей среды от загрязнения, деградацию токсических отходов и увеличение добычи нефти.

Бурно развивающейся отраслью биотехнологии считается технология микробного синтеза ценных для человека веществ. По прогнозам, дальнейшее развитие этой отрасли повлечет за собой перераспределение ролей растениеводства и животноводства, с одной стороны, и микробного синтеза – с другой, в формировании продовольственной базы человечества.

ЗаключениеБиотехнологические разработки могут внести немаловажный вклад в решение комплексных проблем народного хозяйства, здравоохранения и науки. Каким же образом, спросите вы?

Во-первых, для удовлетворения пищевых потребностей необходимо увеличить эффективность растениеводства и животноводства. Именно на это, в первую очередь, нацелены усилия биотехнологов. Кроме того, биотехнология предлагает как источник кормового (возможно, и пищевого) белка клеточную массу бактерий, грибов и водорослей.

Во-вторых, повышение цен на традиционные источники энергии (нефть, природный газ, уголь) и угроза исчерпания их запасов побудили человечество обратиться к альтернативным путям получения энергии. Биотехнология может дать ценные возобновляемые энергетические источники: спирты, биогенные углеводороды, водород. Эти экологически чистые виды топлива можно получать путем биоконверсии отходов промышленного и сельскохозяйственного производства.

В-третьих, уже в наши дни биотехнология оказывает реальную помощь здравоохранению. Нет сомнений в терапевтической ценности инсулина, гормона роста, интерферонов, факторов свертывания крови и иммунной системы, тромболитических ферментов, изготовленных биотехнологическим путем. С помощью новых вакцинных препаратов возможно предупреждение инфекционных болезней.

В-четвертых, биотехнология может резко ограничить масштабы загрязнения нашей планеты промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми отходами, токсичными компонентами автомобильных выхлопов и т.

д. Современные разработки нацелены на создание безотходных технологий, на получение легко разрушаемых полимеров (в частности, биогенного происхождения: поли-b-оксибутирата, полиамилозы) и поиск новых активных микроорганизмов-разрушителей полимеров (полиэтилена, полипропилена, полихлорвинила). Усилия биотехнологов направлены также на борьбу с пестицидными загрязнениями — следствием неумеренного и нерационального применения ядохимикатов.

Биотехнология основана на генетике, молекулярной биологии, биохимии, эмбриологии и клеточной биологии, а также прикладных дисциплинах — химической и информационной технологиях и робототехнике. Симбиоз всех этих наук позволяет нам сейчас эффективно решать задачи сельского и водного хозяйств, утилизировать отходы натуральным природным способом, не вызывая последующего загрязнения природы, а также перерабатывать органическую основу в высококачественный гумус.