Тема. ГЕНОТИП КАК ЦЕЛОСТНАЯ СИСТЕМА

УРОК 19. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВРЕМЕННОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

Цели урока: рассмотреть основные направления современной биотехнологии, выяснить их значение для общества и перспективы развития; развивать критическое мышление; воспитывать умение воспринимать точки зрения на вопросы, отличные от собственной. Оборудование и материалы: таблицы или слайды презентации со схемами биотехнологических процессов, фотографии или рисунки продуктов биотехнологических производств.

Базовые понятия и термины: биотехнологии, микробиологическая промышленность, лекарственные препараты, обеспечение продовольствием, биологические методы борьбы, защиту окружающей среды.

ХОД УРОКА

I. Организационный этап

II. Актуализация опорных знаний и мотивация учебной деятельности учащихся

Вопросы для беседы

1. Какие организмы называют химерными и как ученые их получают?

2. Какие организмы называют трансгенными и как ученые их получают?

3. Какие генетические методы широко используют в селекции?

4. Почему нужно постоянно проводить дальнейшую селекцию давно

одомашненных организмов?

III. Изучение нового материала

Рассказ учителя с элементами беседы

Биотехнология - это совокупность промышленных методов, которые применяют для производства различных веществ с использованием живых организмов, биологических процессов или явлений.

Сам термин «биотехнология» появился в 70-х годах XX ст. (биос - жизнь; технос - искусство, мастерство; логос - слово, учение), хотя биотехнологические принципы человек разработала уже давно (использование жизнедеятельности микроорганизмов для выпечки хлеба, изготовления сыра и других молочных продуктов, виноделия, пивоварения).

Биотехнологию условно разделяют на два подразделения: традиционная (куда входит технологическая микробиология, а также техническая, биохимическая и инженерная энзимология) и новая (куда входят генетическая и клеточная инженерия).

Традиционная биотехнология основана на ферментации. За последние 30 лет возник ряд новых производств, базирующихся на, использовании различных мицелиальных грибов, дрожжей, бактерий, реже водорослей. С помощью микроорганизмов получают такие лекарственные препараты, как кортизон, гидрокортизон и некоторые другие, которые относятся к группе стероидов.

Одним из наиболее перспективных направлений традиционной биотехнологии является использование микроорганизмов как один из средств защиты растений от вредителей. Развитие этого направления обусловлено многими недостатками пестицидов и других средств защиты растений.

В ситуации, которая сложилась в сельском хозяйстве, одним из выходов является замена пестицидов на микроорганизмы (бактерии, актиномицеты, грибы), живые организмы (хищники и паразиты вредителей и возбудителей болезней) или продукты их жизнедеятельности.

Для этой замены сделано немало. Уже сейчас полученные препараты микроорганизмов, отобранные насекомые-хищники, клещи и нематоды, паразитические организмы различных уровней организации. Проработаны методы выращивание таких животных и микроорганизмов и их применение в поле и закрытом грунте. Препараты для борьбы с фитофагами поступают в продажу с инструкцией по использованию.

Гораздо труднее обстоят дела с биозащитой растений от болезней. Несмотря на многочисленные разработки биопрепаратов для защиты растений от болезней, пока что только некоторые из них рекомендованы для использование. Это, прежде всего, антибиотики, которые имеют некоторые преимущества по сравнению с фунгицидами: они, в основном, хорошо растворимы в воде, достаточно стойкие к окружающей среды, довольно легко проникают в ткани растения. Эти признаки позволяют использовать их для подавления возбудителей болезни. Почти все антибиотики способны подавлять широкий круг патогенов: грибы, бактерии и микоплазмы. Ведутся поиски и антивирусных антибиотиков. В некоторых странах разрешено использовать антибиотики медицинского назначения или синтезированные для защиты растений в чистом виде или в смеси с фунгицидами.

Биотехнологии используются еще в некоторых отраслях человеческого бытия. Так, например, в кондитерской промышленности широко применяют лимонную кислоту, которую получают в результате жизнедеятельности специально выведенных микроорганизмов. Сейчас в мире производится около 400 тыс. тонн этого продукта. Такого количества лимонной кислоты не обеспечили бы никакие цитрусовые плантации.

Все шире становится ассортимент ферментов - протеазы, нуклеазы, амилазы, глюкоамілази, каталазы, которые продуцируют микроорганизмы; некоторые из них, например, нуклеазы, используют в генной инженерии. Кроме того, микроорганизмы используют для получения вакцин. Перспективным является использование микроорганизмов в гидрометаллургии для восстановления металлов из бедных руд с целью повышения их производства.

Клеточная инженерия

Метод гибридизации соматических клеток животных и человека сейчас нашел исключительно важное применение для получения моноклональных антител. 1975 г. Келером и Мільдштеймом был разработан способ получение гибридов между лимфоцитами мышей, імунизованих перед этим каким-то антигеном, и культивуючими опухолевыми клетками костного мозга (мієломними клетками). Эти гибридные клетки получили название гібридоми. Они объединили в себе способность лімфоциту образовывать необходимые антитела (одного типа) и способность опухолевых клеток бесконечно долго размножаться на искусственных средах. Культивируя гібридоми, а потом імізуючи ими животных, можно получить антитела необходимого типа и в неограниченных количествах. Моноклональные антитела сейчас используются в различных отраслях медицины и биологии.

Можно назвать три направления создания новых технологий на основе культивирования клеток и тканей растений.

Первое - получение промышленным путем ценных биологически активных веществ растительного происхождения. Так полученные мутантные клеточные линии раувольфии переменной - продуценту индольных алкалоидов, которые содержат в 10 раз больше ценного для медицины антиритмічного алкалоида - аймалина; дискореї дельтоподібної - продуценту діогеніну, который используется для синтеза гормональных препаратов; полученный штамм руты пахучей, который содержит в 220 раз больше алкалоида рутакридону, чем в самой растению; из взвешенного культуры наперстянки шероховатой, которая содержит сердечный гликозид - дигитоксин, получили более качественную форму - дигоксин - для использования в медицине; из взвешенного культуры мяты получили ментол для трансформации пулегону и ментола.

Второе - использование тканевых и клеточных культур для быстрого клонального микроразмножения и оздоровления растения. Возможность использования методов клонального размножения в стерильной культуре обнаружена сейчас для 440 видов растений, принадлежащих к 82 семей. По сравнению с традиционными методами размножения, которые используются в сельскохозяйственной практике, клональное размножение в культуре дает ряд преимуществ:

• коэффициент размножения выше, чем при обычных методов размножения;

• можно поддерживать рост целый год;

• тысячи растений могут расти на небольшой лабораторной площади;

• вместе с размножением часто происходит оздоровление растений от вирусов и иатогенів;

• этим методом можно получать растения, которые трудно или совсем не размножаются вегетативно, например пальмы.

Третье направление составляют технологии, которые связаны с генетическими манипуляциями на тканях, клетках, изолированных протопластах.

Генная инженерия

Суть генной инженерии заключается в искусственном создании (химический синтез, рекомбинируем известных структур) генов с конкретными необходимыми для человека свойствами и введении его в соответствующую клетку (на сегодня это чаще всего бактериальные клетки, например кишечная палочка) - создание «искусственной» бактерии - лаборатории по изготовлению необходимого для человека продукта.

IV. Обобщение, систематизация и контроль знаний и умений учащихся

Дать ответы на вопросы:

1. В каких областях применения биотехнологий в настоящее время является самым массовым?

2. Какие виды продукции производят благодаря биотехнологиям?

3. Какие направления биотехнологии является наиболее перспективными и почему?

4. Могут негативно биотехнологии влиять на человека?

V. Домашнее задача