Основные направления биотехнологии

Введение

В настоящее время генная инженерия и биотехнологии весьма актуальны. По прогнозам учёных к концу 21-го века население Земли может увеличиться до 10 миллиардов. Как прокормить такое количество людей качественной пищей, если и при 7 миллиардах в некоторых регионах население голодает? Впрочем, даже если бы такой проблемы не существовало, то человечество, для решения других своих проблем, стремилось бы внедрять в сельское хозяйство наиболее производительные биотехнологии. Таким образом, данные науки, будучи одними из магистральных направлений научно-технического прогресса, активно способствуют ускорению решения многих задач, таких, как продовольственная, сельскохозяйственная, энергетическая, экологическая.

Актуальностьнашей темы заключается в том, что генная инженерия и биотехнология открывает пути к развитию человечества в таких отраслях как:

-клонирование;

-выведение новых пород животных;

-развитие медицины и фармацевтики и т.д.

Объект исследования -биотехнология и генная инженерия как технологии XXI в.

Предмет исследования- достижения генной инженерии и биотехнологии.

Цель работы:Целью нашего проекта является рассмотрение основных характеристик, проблем и перспектив такой новейшей технологии, как генная инженерия и биотехнология.

Задачи:

-узнать о происхождении этих наук;

-убедиться в необходимости новых технологий в жизни человека.

Гипотеза:мы предполагаем, что эти науки могут являться главными в жизни человечества.

Практическое значениеэтого исследования в том, что оно может быть использовано в медицине, фармацевтики, сельском хозяйстве, укреплении здоровья нации и т.д.

Методы исследования: общение, просмотр литературных источников и интернет ресурсов, наблюдения.

ГЛАВА I. БИОТЕХНОЛОГИЯ

Возникновение биотехнологии

БИОТЕХНОЛОГИЯ – это производственное использование биологических агентов или их систем для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений.

Биологические агенты в данном случае — микроорганизмы, растительные или животные клетки, клеточные компоненты (мембраны клеток, рибосомы, митохондрии, хлоропласты), а также биологические макромолекулы (ДНК, РНК, белки — чаще всего ферменты).

Биотехнология использует также вирусную ДНК или РНК для переноса чужеродных генов в клетки. Человек использовал биотехнологию многие тысячи лет: люди пекли хлеб, варили пиво, делали сыр, используя различные микроорганизмы, при этом, даже не подозревая об их существовании. Собственно, сам термин появился в нашем языке не так давно, вместо него употреблялись слова «промышленная микробиология», «техническая биохимия» и др. Вероятно, древнейшим биотехнологическим процессом было сбраживание с помощью микроорганизмов. В пользу этого свидетельствует описание процесса приготовления пива, обнаруженное в 1981г. при раскопках Вавилона на дощечке, которая датируется примерно 6-мтысячелетием до н. э. В 3-м тысячелетии до н.э. шумеры изготовляли до двух десятков видов пива. Не менее древними биотехнологическими процессами являются виноделие, хлебопечение, и получение молочнокислых продуктов.

В традиционном, классическом, понимании биотехнология— это наука о методах и технологиях производства различных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов. Термин «новая» биотехнология в противоположность «старой» биотехнологии применяют для разделения биопроцессов, использующих методы генной инженерии и более традиционные формы биопроцессов. Так, обычное производство спирта в процессе брожения – «старая» биотехнология, но использование в этом процессе дрожжей, улучшенных методами генной инженерии с целью увеличения выхода спирта – «новая» биотехнология. Биотехнология как наука является важнейшим разделом современной биологии, которая, как и физика, стала в конце XX в. одним из ведущих приоритетов в мировой науке и экономике.

Всплеск исследований по биотехнологии в мировой науке произошёл в 80-х годах, но, несмотря на столь короткий срок своего существования, биотехнология привлекла пристальное внимание, как учёных, так и широкой общественности. По прогнозам, уже вначале 21 века биотехнологические товары будут составлять четверть всей мировой продукции. Что касается более современных биотехнологических процессов, то они основаны на методах рекомбинантных ДНК, а также на использовании иммобилизованных ферментов, клеток или клеточных органелл. Современнаябиотехнология - это наука о генно-инженерных и клеточных методах создания и использования генетически трансформированных биологических объектов для улучшения производства или получения новых видов продуктов различного назначения.

Биологизация и экологизация

В настоящее время все больше приобретают популярность идеиэкологизации и в более широком смысле биологизации всей хозяйственной и производственной деятельности. Под экологизацией, как начальным этапом биологизации, можно понимать сокращение вредных выбросов производства в окружающую среду, создание малоотходных и безотходных промышленных комплексов с замкнутым циклом и т. п.

Биологизацию же следует понимать более широко, как радикальное преобразование производственной деятельности на основе биологических законов биотического круговорота биосферы. Целью подобного преобразования должно быть встраивание всей хозяйственно- производственной деятельности в биотический круговорот. Особенно наглядно эта необходимость видна на феномене стратегической беспомощности химической защиты растений.

Дело в том, что в настоящее время нет в мире ни одного пестицида, к которому бы не приспособились вредители растений. Более того, теперь отчётливо выявилась закономерность подобного приспособления: если в 1917г. появился один вид насекомых, приспособившихся к ДДТ, то в 1980г. таких видов стало 432. Применяемые пестициды и гербициды крайне вредны не только для всего животного мира, но и для человека. Точно так же в настоящее время становится понятной и стратегическая бесперспективность применения химических удобрений. В этих условиях совершенно естествен переход к биологической защите растений и биоорганической технологии с минимумом химических удобрений. Решавшую роль в процессе биологизации сельского хозяйства может сыграть биотехнология. Можно и нужно говорить о биологизации техники, промышленного производства и энергетики. Активно развивающаяся биоэнергетика обещает революционные преобразования, поскольку она ориентирована на возобновляемые источники энергии и сырья.

Генетическая инженерия

Одним из разделов молекулярной генетики и молекулярной биологии, который нашёл наибольшее практическое приложение, является генная инженерия.Генная инженерия – сумма методов, позволяющих переносить гены изодного организма в другой, или - это технология направленного конструирования новых биологических объектов.

Родившись в начале 70-хгодов, она добилась сегодня больших успехов. Методы генной инженерии преобразуют клетки бактерий, дрожжей и млекопитающих в «фабрики» для масштабного производства любого белка. Это даёт возможность детально анализировать структуру и функции белков и использовать их в качестве лекарственных средств. В настоящее время кишечная палочка стала поставщиком таких важных гормонов как в инсулине соматотропин.

Ранее инсулин получали из клеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость его была очень высока. Для получения 100г кристаллического инсулина требуется 800-1000кг поджелудочной железы, а одна железа коровы весит 200-250грамм. Это делало инсулин дорогим и труднодоступным для широкого круга диабетиков. Инсулин состоит из двух полипептидных цепей А и В длиной 20 и 30 аминокислот. При соединении их дисульфидными связями образуется наивный двухцепочечный инсулин. Было показано, что он не содержит белков, эндотоксинов и других примесей, не даёт побочных эффектов, как инсулин животных, а по биологической активности от него не отличается.

Соматотропин — гормон роста человека, секретируемый гипофизом.Недостаток этого гормона приводит к гипофизарной карликовости. Если вводить соматотропин в дозах 10 мг на 1 кг веса три раза в неделю, то за год ребёнок, страдающий от его недостатка, может подрасти на 6 см. Ранее его получали из трупного материала, из одного трупа: 4 — 6 мг соматотропина в пересчёте наконечный фармацевтический препарат. Таким образом, доступные количества гормона были ограничены, кроме того, гормон, получаемый этим способом, был неоднороден, мог содержать медленно развивающиеся вирусы.

Практическая часть

Мы решили провести социологический опрос по теме «Биотехнология и генная инженерия как технологии XXI века» среди учащихся группы 14 технологов и выявить их запас знаний в этой теме. Социологический опрос будет состоять из 5 вопросов. Все показатели будут отображены ниже на диаграмме.

1. Знаете ли вы о таких науках как биотехнология и генная инженерия?

а) Да

б)Нет

2. Положительно ли вы относитесь к данным наукам?

а)Да

б)Нет

3. Могли бы вы применять эти науки в своей жизни?

а)Да

б)Нет

4. Эти науки смогли бы стать технологиями будущего?

а)Да

б)Нет

5. По вашему мнению, применение этих наук в области технологических изобретений положительно влияет на человечество?

а)Да

б)Нет

Заключение

Биотехнология как наука является важнейшим разделом современной биологии, которая, как и физика, стала в конце XX в. одним из ведущих приоритетов в мировой науке и экономике.

Всплеск исследований по биотехнологии в мировой науке произошёл в 80-х годах, когда новые методологические и методические подходы обеспечили переход к эффективному их ис­пользованию в науке и практике и возникла реальная возможность извлечь из этого максимальный экономический эффект. По прогнозам, уже в начале 21 века биотехнологические товары будут составлять четверть всей мировой продукции.

В нашей стране значительное расширение научно-исследовательских работ и внедрение их результатов в производство также было достигнуто в 80-е годы. В этот период в стране была разработана и активно осуществлялась первая общенациональная программа по биотехнологии, были созданы межведомственные биотехнологические центры, подготовлены квалифицированные кадры специалистов- биотехнологов, организованы биотехнологические лаборатории и кафедры в научно-исследовательских учреждениях и вузах.

Однако в дальнейшем внимание к проблемам биотехнологии в стране ослабло, а их финансирование сокращено. В результате развитие биотехнологических исследований и их практическое использование в России замедлилось, что привело к отставанию от мирового уровня, особенно в области генетической инженерии.

Можно, видимо, сказать, что биотехнология в совокупности с другими научными направлениями открывает новую эру взаимодействия человека с окружающей средой и, особенно, с живым веществом биосферы. «Явившись прямым результатом научных разработок, биотехнология оказывается непосредственным единением науки и производства, ещё одной ступенькой к единству познания и действования, ещё одним шагом, приближающим человека к преодолению внешней и к постижению внутренней целесообразности». И все-таки она является только небольшим шагом. Поскольку, как заметил Б. Шоу, наука всегда ошибается.

Она никогда не разрешает какой-то проблемы, не создав ещё десять новых. Биотехнология сама оказывается всего лишь крупной индустрией, соединением технических и биологических элементов и, естественно, наследует отрицательные свойства уже существующего индустриально-промышленного комплекса.

Их действительное преодоление и решение проблемы человека предполагают выход человечества на новые, более совершенные ступени социально-культурного развития, основанного на новых способах познания и действования. Поэтому весьма существенное значение приобретает проблема выбора стратегии взаимодействия человека и природы: или это самонадеянное управление природой или же сознательное и целенаправленное приспособление всей жизнедеятельной деятельности, к существующему биотическому круговороту биосферы. В результате интенсивного развития методов генетической инженерии получены клоны множества генов рибосомальной, транспортной и 5S РНК, гистонов, глобина мыши, кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека и др. пептидных гормонов, интерферона человека и прочее. Это позволило создавать штаммы бактерий, производящих многие биологически активные вещества, используемые в медицине, сельском хозяйстве и микробиологической промышленности. На основе генетической инженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности, названная «индустрией ДНК». Это одна из современных ветвей биотехнологии. Для лечебного применения допущен инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекДНК. Кроме того, на основе многочисленных мутантов по отдельным генам, получаемых при их изучении, созданы высокоэффективные тест-системы для выявления генетической активности факторов среды, в том числе для выявления канцерогенных соединений.

Исследования

Отмечается, что после введения государственной регистрации ГМО заметно возросла активность некоторых общественных организаций и отдельных депутатов Государственной думы, пытающихся воспрепятствовать внедрению инновационных биотехнологий в российское сельское хозяйство. Более 350 российских ученых подписали открытое письмо Общества научных работников в поддержку развития генной инженерии в Российской Федерации. В открытом письме отмечается, что запрет ГМО в России нанесёт не только ущерб здоровой конкуренции на рынке сельскохозяйственной продукции, но приведёт к значительному отставанию в сфере технологий производства пищевых продуктов, усилению зависимости от импорта продуктов питания, и подорвет престиж России, как государства, в котором официально заявлен курс на инновационное развитие.

Использованнаялитература:

1. Бекиш О.- Я.Л. «Медицинская биология.»– Мн.: Ураджай, 2000

2. Мутовин Г.Р. «Основы клинической генетики.» – М.: Высшая школа, 1997

3. Заяц Р.С. «Основы медицинской генетики.» – Мн.: Высшая школа, 1998

4. Сингер М., Берг П. «Гены и геномы.» — Москва, 1998

5. Стент Г., Кэлиндар Р. «Молекулярная генетика.» — Москва, 1981

6. Патрушев Л. И. «Искусственные генетические системы.» — М.: Наука, 2004

Введение

В настоящее время генная инженерия и биотехнологии весьма актуальны. По прогнозам учёных к концу 21-го века население Земли может увеличиться до 10 миллиардов. Как прокормить такое количество людей качественной пищей, если и при 7 миллиардах в некоторых регионах население голодает? Впрочем, даже если бы такой проблемы не существовало, то человечество, для решения других своих проблем, стремилось бы внедрять в сельское хозяйство наиболее производительные биотехнологии. Таким образом, данные науки, будучи одними из магистральных направлений научно-технического прогресса, активно способствуют ускорению решения многих задач, таких, как продовольственная, сельскохозяйственная, энергетическая, экологическая.

Актуальностьнашей темы заключается в том, что генная инженерия и биотехнология открывает пути к развитию человечества в таких отраслях как:

-клонирование;

-выведение новых пород животных;

-развитие медицины и фармацевтики и т.д.

Объект исследования -биотехнология и генная инженерия как технологии XXI в.

Предмет исследования- достижения генной инженерии и биотехнологии.

Цель работы:Целью нашего проекта является рассмотрение основных характеристик, проблем и перспектив такой новейшей технологии, как генная инженерия и биотехнология.

Задачи:

-узнать о происхождении этих наук;

-убедиться в необходимости новых технологий в жизни человека.

Гипотеза:мы предполагаем, что эти науки могут являться главными в жизни человечества.

Практическое значениеэтого исследования в том, что оно может быть использовано в медицине, фармацевтики, сельском хозяйстве, укреплении здоровья нации и т.д.

Методы исследования: общение, просмотр литературных источников и интернет ресурсов, наблюдения.

ГЛАВА I. БИОТЕХНОЛОГИЯ

Возникновение биотехнологии

БИОТЕХНОЛОГИЯ – это производственное использование биологических агентов или их систем для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений.

Биологические агенты в данном случае — микроорганизмы, растительные или животные клетки, клеточные компоненты (мембраны клеток, рибосомы, митохондрии, хлоропласты), а также биологические макромолекулы (ДНК, РНК, белки — чаще всего ферменты).

Биотехнология использует также вирусную ДНК или РНК для переноса чужеродных генов в клетки. Человек использовал биотехнологию многие тысячи лет: люди пекли хлеб, варили пиво, делали сыр, используя различные микроорганизмы, при этом, даже не подозревая об их существовании. Собственно, сам термин появился в нашем языке не так давно, вместо него употреблялись слова «промышленная микробиология», «техническая биохимия» и др. Вероятно, древнейшим биотехнологическим процессом было сбраживание с помощью микроорганизмов. В пользу этого свидетельствует описание процесса приготовления пива, обнаруженное в 1981г. при раскопках Вавилона на дощечке, которая датируется примерно 6-мтысячелетием до н. э. В 3-м тысячелетии до н.э. шумеры изготовляли до двух десятков видов пива. Не менее древними биотехнологическими процессами являются виноделие, хлебопечение, и получение молочнокислых продуктов.

В традиционном, классическом, понимании биотехнология— это наука о методах и технологиях производства различных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов. Термин «новая» биотехнология в противоположность «старой» биотехнологии применяют для разделения биопроцессов, использующих методы генной инженерии и более традиционные формы биопроцессов. Так, обычное производство спирта в процессе брожения – «старая» биотехнология, но использование в этом процессе дрожжей, улучшенных методами генной инженерии с целью увеличения выхода спирта – «новая» биотехнология. Биотехнология как наука является важнейшим разделом современной биологии, которая, как и физика, стала в конце XX в. одним из ведущих приоритетов в мировой науке и экономике.

Всплеск исследований по биотехнологии в мировой науке произошёл в 80-х годах, но, несмотря на столь короткий срок своего существования, биотехнология привлекла пристальное внимание, как учёных, так и широкой общественности. По прогнозам, уже вначале 21 века биотехнологические товары будут составлять четверть всей мировой продукции. Что касается более современных биотехнологических процессов, то они основаны на методах рекомбинантных ДНК, а также на использовании иммобилизованных ферментов, клеток или клеточных органелл. Современнаябиотехнология - это наука о генно-инженерных и клеточных методах создания и использования генетически трансформированных биологических объектов для улучшения производства или получения новых видов продуктов различного назначения.

Основные направления биотехнологии

Условно можно выделить следующие основные направления биотехнологии:

- биотехнология пищевых продуктов;

- биотехнология препаратов для сельского хозяйства;

- биотехнология препаратов и продуктов для промышленного и бытового использования;

- биотехнология лекарственных препаратов;

- биотехнология средств диагностики и реактивов.

Биотехнология также включает выщелачивание и концентрирование металлов, защиту окружающей среды от загрязнения, деградацию токсических отходов и увеличение добычи нефти.