Тема 10. Біотехнології. Генна інженерія. Потенційна небезпека широкого впровадження біотехнології

Актуальність теми

Під терміном біотехнологія розуміють сукупність методів і технологій, в яких використовують живі організми і біологічні процеси для виробництва різних речовин, необхідних для народного господарства, медицини, ветеринарії. Біотехнологія, включаючи промислову та прикладну мікробіологію, базується на знаннях і методах біохімії, мікробіології, генетики та хімічної технології, що дозволяє в промислових процесах отримувати вигоду із властивостей мікроорганізмів і культур тканин. Генна інженерія – це науково-практичний напрямок сучасної біомедичної науки, основою методології якого є виділення з клітин індивідуальної ДНК та спрямоване маніпулювання з її молекулами, зокрема отримання молекулярних химер, тобто молекул сформованих з ДНК різних біологічних видів. Рівень безпечності продуктів біотехнології для організму людини завжди повинен бути не нижчим, ніж вплив аналогічного продукту, отриманого за традиційними технологіями.

Навчальні цілі

Засвоїти основні методи і шляхи застосування біотехнології та генної інженерії.

Базові знання, вміння та навики

Будова клітини. Закони Менделя. Хромосоми, гени, ДНК, РНК. Передача генетичної інформації (транскрипція, трансляція) (медична біологія).

Зміст теми

Особливості генної інженерії та сфери її застосування. Рівень безпеки продуктів біотехнології для організму людини

Рекомендована література

Основна:

1. Запольський А.К., Салюк А.І. Основи екології. За ред. акад. НАН України К.М.Ситника. Київ: Вища школа, 2005.– С. 65-68, 255-257, 264-266. (Підручник знаходиться у читальному залі студентської бібліотеки).

2. Залеський І.І., Клименко М.О. Екологія людини. Київ: Видавничий центр “Академія”, 2005.– 287 с. (Підручник знаходиться у читальному залі студентської бібліотеки).

Додаткова:

1. Ладанівський Р.І., Кокот В.Р., Мартинова О.С. Медико-гігієнічні проблеми генної інженерії та генетично модифікованої продукції. Посібник. Львів: Видавництво “СПОЛОМ”, 2004.– 96 с.

2. Экологическая биотехнология. Пер. с англ. /Под ред. К.Ф.Форстера, Д.А.Вейза. – Л.: Химия, 1990. – 333 с.

Матеріали для виконання та контролю самостійної роботи студентів

Контрольні питання

1. Біотехнологія, визначення поняття.

2. Методи біотехнології.

3. Використання біотехнології у фармацевтичній промисловості та охороні здоров’я.

4. Генна інженерія, визначення поняття. Основні принципи і механізми генної інженерії.

5. Генетично модифіковані продукти харчування і здоров’я людини.

6. Небезпека поширення генномодифікованих рослин. Екологічно-безпечні продукти харчування.

Контрольні тести

1. Сучасна біотехнологія ґрунтується на використанні таких методів:

а) пряма ін’єкція нуклеїнових кислот у клітини або їх органели іn vitro; б) злиття клітин із різним таксономічним статусом іn vitro; в) внутрішньоклітинні біохімічні перетворення речовин у субклітинних органелах іn vivo; г) зв’язування білками певних хімічних лігандів іn vivo.

2. Неконтрольоване поширення генномодифікованих рослин призведе до:

а) забруднення навколишнього середовища та зміни природних екосистем; б) забруднення повітря виробничої зони шкідливими речовинами; в) виникнення захворювань інфекційної природи; г) виникнення вроджених патологій.

3. Основними перевагами трансгенних культур є:

а) стійкість до комах-шкідників; б) стійкість до хвороб і збільшення врожайності; в) стійкість до пестицидів; г) поява модифікованих білків-токсикантів; д) поява незапланованих ефектів (алергенних, тератогенних, канцерогенних).

4. Живий організм - це:

а) будь-який живий організм, що не володіє новою комбінацією генетичного матеріалу; б) будь-яке біологічне утворення, що не здатне до передачі генетичного матеріалу; в) будь-яке біологічне утворення, що здатне до передачі або реплікації генетичного матеріалу, включаючи стттерильні організми, віруси та віроїди; г) будь-який живий організм, що володіє новою комбінацією генетичного матеріалу, створеною сучасною біотехнологією; д) будь-яке біологічне утворення, що не здатне до реплікації генетичного.

5. Живий змінений організм - це:

а) будь-який живий організм, що не володіє новою комбінацією генетичного матеріалу; б) будь-яке біологічне утворення, що не здатне до передачі генетичного матеріалу; в) будь-яке біологічне утворення, що здатне до передачі або реплікації генетичного матеріалу; г) будь-який живий організм, що володіє новою комбінацією генетичного матеріалу, створеною сучасною біотехнологією; д) будь-яке біологічне утворення, що не здатне до реплікації генетичного.

6. Генна інжинерія відрізняється від традиційної селекції тим, що:

а) всі гени, як бажані, так і небажані, переносяться з пилком від чоловічої рослини до жіночої; б) всі гени, як бажані, так і небажані, переносяться з пилком від жіночої рослини до чоловічої; в) грунтується на перенесенні певних генів від одного живого організму – рослини, тварини чи мікроба – до іншого; г) всі РНК одного організму вносяться у клітини іншого організму; д) грунтується на перенесенні всіх генів від одного живого організму до іншого.

ІНФОРМАЦІЙНО-МЕТОДИЧНИЙ МАТЕРІАЛ

Біотехнології – це мікробіологічний синтез за допомогою бактерій білка та інших органічних речовин на основі відходів сільського господарства, деревини чи нафтопродуктів. Бактеріальний синтез дає змогу отримати білки з повним складом амінокислот. Уже створено штучну чорну ікру, лососину, м’ясо, курячий і м’ясний бульйони, мармелад тощо. Навчилися робити штучні ароматизатори з будь-яким запахом (часнику, цибулі, шинки, банана, м’яса). Для задоволення харчового раціону людині щороку потрібно близько 4 млн. кДж (≈1 млн. ккал) в енергетичному еквіваленті. В світі лише кілька країн забезпечують населення продуктами харчування власного виробництва (це Австралія, Канада, Нова Зеландія, США і ПАР). Наприкінці ХХ ст. відкрився ще один шлях поповнення ресурсів продовольчих продуктів – застосування біотехнологій. Завдяки значним успіхам генетики, селекції, новим агробіотехнологіям, стало можливим вирощування швидкоростучих рослин з підвищеним коефіцієнтом засвоєння сонячної енергії. Фахівці вважають, що в майбутньому розв’язати продовольчу програму дозволять успіхи в генній інженерії, внаслідок чого будуть створені трансгенні організми. Генна інженерія – отримання нових комбінацій генетичного матеріалу шляхом позаклітинних маніпуляцій з молекулами нуклеїнових кислот та введення створених конструкцій генів в організм, внаслідок чого відбувається їх включення у геном цього організму та успадкування нащадками.

Сучасна біотехнологія ґрунтується на використанні таких методів:

а) іn vitro із застосуванням нуклеїнових кислот, включно із рекомбінантною ДНК, а також пряму ін’єкцію нуклеїнових кислот у клітини або їх органели;

б) що грунтується на злитті клітин із різним таксономічним статусом, що дозволяють подолати природні фізіологічні репродуктивні або рекомбінаційні бар’єри (перешкоди) і які не є методами, що традиційно використовуються для виведення нових сортів і селекції.

У біотехнології, як в ніякій іншій галузі знань, тісно переплітаються та інтегруються наука і виробництво. Виробництво тут грунтується на декількох головних принципах: бродінні (ферментації), біоконверсії (перетворенні однієї речовини в іншу), культивуванні тваринних і рослинних клітин, бактерій, вірусів. Біотехнологія, включаючи промислову та прикладну мікробіологію, базується на знаннях і методах біохімії, мікробіології, генетики та хімічної технології, що дозволяє в промислових процесах отримувати вигоду із властивостей мікроорганізмів і культур тканин. Найширше її застосовують для виробництва окремих компонентів харчових продуктів і кормів (вирощування дріжджів, водоростей та бактерій для одержання білків, біополімерів, аміно- та органічних кислот, вітамінів, ферментів тощо); підвищення якості та продуктивності сільськогосподарських культур (виведення нових сортів з використанням техніки рекомбінантних ДНК, клонування та відбір нових різновидностей рослин на основі культур тканин іn vitro, біопестициди); у фармацевтичній промисловості та охороні здоров’я (виробництво вакцин, компонентів крові, діагностичних препаратів, біосинтез антибіотиків, гормонів, інтерферонів); хімічній промисловості та енергетиці (виробництво етанолу, оцтового альдегіду, етилену, ацетону, бутанолу); для зменшення забруднення довкілля (очищення стічних вод, перероблення відходів та побічних продуктів сільського господарства і промисловості). Впровадження біотехнологій треба контролювати, регулювати, але не забороняти. Має діяти головне правило: рівень безпечності продуктів біотехнології для організму людини завжди повинен бути не нижчим, ніж вплив аналогічного продукту, отриманого за традиційними технологіями. Потрібен професійний нагляд фахівців за вивільненням їх у довкілля або споживанням.