Поміркуйте

У яких давніх процесах виробництва продуктів харчування задіяні мікроорганізми? До яких систематичних груп ці організми належать?

Згадайте

• Штам • Поживне середовище

• Культура клітин • Продукти харчування

Що таке біотехнологія

Біотехнологія — це сукупність промислових методів, які застосовують для виробництва різних речовин із використанням живих організмів, біологічних процесів чи явищ. Сам термін «біотехнологія» з’явився в 70-ті роки XX ст. Але насправді біотехноло-гічні принципи людина розробила вже давно. Низка продуктів харчування вироблялися за допомогою мікроорганізмів ще в Давньому Єгипті.

Сучасна біотехнологія широко використовується у виробництві різноманітних продуктів. Також біотехнологію використовують для захисту навколишнього середовища і в межах концепції раціонального природокористування. Її досягнення, такі як уже знайомі вам клітинна та генетична інженерія, часто використовують у наукових дослідженнях. Велике значення біотехнологічні методи мають у сучасній медицині. Завдяки їм було досягнуто великих успіхів у репродуктивній медицині та трансплантології.

Традиційні напрями сучасної біотехнології

Традиційні галузі застосування мікроорганізмів наразі розширюються. За допомогою мікроорганізмів отримують низку лікарських препаратів. Уся лимонна кислота, яка продається в наших магазинах, вироблена мікроорганізмами. Таким самим способом одержують і натрій глутамат, який є підсилювачем смаку й широко застосовується як харчова добавка.

Живі організми використовують і як засоби боротьби зі шкідниками та хворобами рослин. Використання природних збудників захворювань шкідників є набагато безпечнішим, ніж обробка отрутохімікатами. Хоча цей метод має свої недоліки — повільну дію, наприклад. І ще одна новітня галузь — виробництво ферментів для побутової хімії. Щоразу, коли ви купуєте, скажімо, пральний порошок із ферментами, ви користуєтеся продуктами біотехнології.

Ще один напрям біотехнології — вирішення екологічних проблем. У багатьох випадках проблему забруднення навколишнього середовища можна вирішити завдяки діяльності живих організмів. Бактерії та гриби є чудовими біодеструкторами, які мають потужні ферментні системи, здатні руйнувати різноманітні продукти людської діяльності. Їх застосування має значні перспективи, наприклад, в очищенні ґрунтів і води від нафтопродуктів. А на сьогодні одним із ключових елементів очищення побутових стоків є їх обробка за допомогою мікроорганізмів (так зване біоочищення).

Крім мікроорганізмів, значну роль у процесах очищення стоків та відновлення порушених ґрунтів відіграють рослини. Вони здатні розкладати або вилучати з води та ґрунтів багато різних забруднюючих речовин. Подібні способи очищення мають ще й економічні переваги. Їх застосування дозволяє суттєво зменшити поточні витрати на роботу систем очищення.

На сьогодні дуже актуальними проблемами для людства є переробка відходів, забезпечення населення енергією і запобігання тепловому забрудненню середовища. І всі ці проблеми можуть бути вирішені за допомогою біотехнології. Одним із найбільш небезпечних парникових газів є метан. А основні джерела метану на нашій планеті — це звалища і велика рогата худоба, у шлунку якої живуть метанобактерії.

Переробка сміття на звалищах за допомогою мікроорганізмів із подальшим використанням виробленого метану дає можливість

вирішити одразу три проблеми. По-перше, вона зменшує викиди парникового газу і запобігає глобальному потеплінню. По-друге, метан є чудовим паливом і гарним джерелом енергії. По-третє, ця технологія дозволяє переробляти велику кількість сміття і перешкоджає забрудненню навколишнього середовища.

Біотехнології в медицині

Біотехнологічні методи широко використовуються в таких галузях медицини, як репродуктивна медицина і транспланто-логія. Репродуктивна медицина займається профілактикою, діагностикою та лікуванням безпліддя в людини. Вона базується на використанні найновіших розробок з ендокринології, хірургії, генетичної інженерії та інших галузей. Добре відпрацьованими і популярними технологіями репродуктивної медицини є технології штучного запліднення — екс-тракорпоральне (поза організмом жінки) та інтракорпоральне (в організмі жінки) запліднення (мал. 77.1).

Трансплантація — це пересадка реципієнту органа або тканини, які були взяті з організму донора. Пересаджувані органи

й тканини називають трансплантатами. Основною проблемою трансплантації є подолання імунного бар’єру. Будь-які чужі органи й тканини імунна система організму розпізнає й починає атакувати, намагаючись знищити чужорідні клітини. Це стає причиною загибелі й відторгнення трансплантатів. Для попередження цього процесу лікарям доводиться пригнічувати в пацієнта роботу імунної системи за допомогою спеціальних препаратів.

Одним із найбільш перспективних напрямів трансплантології є eD-принтинг органів (мал. 77.2). Ця технологія заснована на створенні з живих клітин тривимірних моделей органів на штучній основі. У ній використовується система 3D-друку. Перевага цього методу в тому, що можна використовувати штучно культивовані клітини самого пацієнта. У такому випадку зникає проблема імунного конфлікту з трансплантатом.

Зараз таку технологію вже почали комерційно використовувати для вирощування шкіри, кровоносних судин, серця та деяких окремих тканин. Поки що основні успіхи було досягнуто у створенні окремих тканин. Друк цілих органів перебуває на стадії відпрацювання технології.

Ключова ідея

Сучасна біотехнологія є потужним інструментом як у галузі наукових досліджень, так і в галузі виробництв продуктів харчування, ліків, побутової хімії. Також вона дозволяє ефективно захищати сільськогосподарські культури без застосування хімічних засобів.

Запитання та завдання

1. Які переваги і недоліки мають методи біотехнології у випадку їх застосування для охорони довкілля? 2. Чому застосування мікроорганізмів для синтезу лимонної кислоти є вигіднішим, ніж її хімічний синтез?

Основні положення теми «Селекція та біотехнологія»

Основними завданнями селекції є:

• виведення сортів рослин із високою врожайністю

• виведення порід тварин із високою продуктивністю

• виведення стійких до захворювань та дії несприятливих факторів форм рослин і тварин

• забезпечення адаптації сортів і порід до умов сучасного сільськогосподарського виробництва

• зниження витрат на вирощування рослин і тварин

Методи селекції

• Масовий добір • Клонування

• Індивідуальний добір • Споріднене схрещування (інбридинг)

• Створення чистих ліній • Неспоріднене схрещування (аутбридинг)

• Гібридизація • Метод швидкого мікроклонального

• Віддалена гібридизація розмноження

• Генетична модифікація організмів • Отримання гібридом

Гетерозис — це явище, за якого перше покоління гібридів, одержаних у результаті неспо-рідненого схрещування, має цілу низку цінних показників, за якими воно значно перевершує обох своїх батьків.

Типи схрещувань

Аналізуюче схрещування — це схрещування особини із невідомим генотипом з особиною, гомозиготною за рецесивними алелями всіх досліджуваних генів.

Методи розведення тварин

Центри походження культурних рослин

Назва центру	Рослини, які походять з цього центру
Східноазійський	Просо, соя, мандарин, ліщина, волоський горіх
Індо-малайський	Банан, кокосова пальма, помаранча, чорний перець, рис
Індійський	Баклажан, лимон, манго, гречка, огірок
Середньоазійський	Диня, цибуля городня, часник, конопля
Передньоазійський («Родючий півмісяць»)	Пшениця, полба, жито, ячмінь, горох, слива, груша, фінікова пальма, льон, інжир
Середземноморський	Оливкове дерево, виноград, гірчиця, капуста, морква, буряк, кріп
Ефіопський	Сорго, кава, кавун, кола, кунжут
Центральноамериканський	Кукурудза, какао, батат, соняшник, тютюн
Південноамериканський	Картопля, помідор, арахіс, ананас, гевея

Сучасні біотехнології

Клітинна інженерія — це галузь біотехнології, яка розробляє й використовує технології культивування клітин і тканин поза організмом у штучних умовах.

Генетична (генна) інженерія — це галузь біотехнології, яка розробляє й використовує технології виділення генів з організмів і окремих клітин, їх видозмінення й уведення в інші клітини або організми.

Генетично модифіковані організми (ГМО) — це організми, генотип яких було змінено за допомогою методів генетичної інженерії з використанням технології рекомбінантних ДНК.

Галузі застосування сучасної біотехнології

• Виробництво харчових продуктів

• Виробництво засобів побутової хімії

• Репродуктивна медицина

• Генна терапія

• Боротьба зі шкідниками та хворобами рослин

• Виробництво лікарських препаратів

• Селекція

• Трансплантологія

• Наукові дослідження

Принципи біоетики:

• Принцип автономії (індивід має право розпоряджатися своїм здоров’ям)

• Принцип «не зашкодь» (вимагає мінімалізації шкоди за медичного втручання)

• Принцип блага (лікар зобов’язаний виконувати дії, спрямовані на покращення стану пацієнта)

• Принцип справедливості (вимагає рівного ставлення

до всіх пацієнтів і рівного доступу до ресурсів для медичної допомоги)

 

 

Це матеріал з підручника Біологія і екологія 11 клас Задорожний (профільний рівень)