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