Войти
Закрыть

Досягнення молекулярної біології та генетики у медицині: генна інженерія людини

11 Клас

Застосування методів генної інженерії щодо людини є однією з найбільш дискусійних тем. Чи потрібне втручання у геном людини? Якщо так, то у який спосіб? Чи це безпечно? Які при цьому можливі біоетичні проблеми? Генна терапія. Найбільш радикальним способом боротьби з різними захворюваннями, спричиненими змінами генетичної інформації клітин, є виправлення або знищення самої генетичної причини захворювання, а не її наслідків. Найбільше досліджень пов’язано з генною терапією онкологічних захворювань (мал. 60.1). Досягнення сучасної генної терапії людини. Перше повідомлення про успішне застосування соматичної генної терапії з’явилося у 1990 р. щодо чотирирічної дівчинки Ашанти Де Сильва із уродженим імунодефіцитом. Нині вона має функціональну імунну систему і веде нормальне життя. У 2012 р. у США та Європейському Союзі ліцензію на комерційне використання отримав перший засіб генної терапії для лікування недостатності ферменту ліпопротеїнліпази, що призводить до важкого ураження підшлункової залози. Однак через непомірну вартість цього лікування (близько 1 000 000 $) цією можливістю скористалась тільки одна людина у 2016 р. Улітку 2018 р. у США правління із санітарного нагляду за якістю харчових продуктів і медикаментів (Food and Drug Administration, FDA) схвалило використання генної терапії для пацієнтів у віці від 3 до 25 років із гострим лімфобластним лейкозом. Ця терапія ґрунтується на створенні химерних антигенних рецепторів CAR-Т. Трансгенні Т-лімфоцити, «оснащені» цими рецепторами, здатні розпізнавати злоякісні клітини, а потім знищувати їх (мал. 60.2). Пройшов перший етап випробування генно-інженерний препарат SPK-FIX. Це вірусний вектор, який несе нормальну копію гена фактору зсідання крові IX і призначений для лікування однієї з форм гемофілії. Наприкінці лютого 2018 р. учений із Шеньчженського університету оголосив, що йому вдалося успішно відредагувати геном людської яйцеклітини. Він використав технологію редагування ДНК CRISPR/Cas9 (мал. 60.3). Метою редагування було вимкнути ген, який кодує білок, що дає змогу ВІЛ потрапити в клітину. Потенційно редагування ДНК може допомогти в боротьбі проти майже будь-яких захворювань - від спадкових до тих, які поки що є невиліковними (рак, ВІЛ, хвороба Альцгеймера тощо)....
0 Переглянути

Біотехнологія та генна інженерія тварин

11 Клас

Основні напрями біотехнології сільськогосподарських тварин пов’язані з підвищенням їхньої плодючості (репродуктивні технології); клонуванням і генною інженерією. Пригадаємо: до репродуктивних технологій належать, зокрема, штучне запліднення, запліднення та отримання ембріонів «у пробірці». Клонування тварин. На малюнку 59.1 зображено схему клонування ягняти Доллі (розгляньте її та пригадайте етапи цього процесу). Так, за допомогою пересаджування ядер соматичних клітин у яйцеклітини, які перед тим позбавляють ядер, отримують особину, генетично повністю ідентичну самці, від якої взято і яйцеклітину, і соматичну клітину (тобто її клон). Ця методика має неабиякий науковий інтерес, але вона ще недосконала і потребує великих витрат. У 1958 р. британський біолог Дж. Гьордон (мал. 59.2) провів експеримент з пересадження в без’ядерні ікринки шпорцевої жаби ядер соматичної клітини пуголовків. З деяких розвинулися нормальні жаби. Генетично модифікованих тварин отримують: за допомогою мікроін’єкції ДНК у запліднену яйцеклітину (мал. 59.3); уведенням генетично модифікованих ембріональних стовбурових клітин в ембріон на ранніх стадіях його розвитку; пересаджуванням генетично модифікованих ядер соматичних клітин в яйцеклітину; застосуванням векторів, створених на основі ретровірусів. Після введення ДНК яйцеклітини чи бластоцити імплантують у «сурогатну матір». Після народження тварин ідентифікують на наявність трансгену (у середньому на 100 вагітностей отримують одну трансгенну тварину). Для цього трансгенну тварину схрещують із звичайними. Далі можна схрещувати нащадків такої тварини між собою для отримання чистих трансгенних ліній. Чималим успіхом є отримання, розведення та офіційний продаж у Канаді та США генномодифікованої сьомги. У її геном додали ген гормону росту іншого, більшого за розмірами представника лососевих - чавичі. У результаті трансгенна риба росте і набирає масу значно швидше, на її розведення потрібно півтора року, а не три, як для звичайної сьомги. Трансгенних тварин (кіз, овець, свиней, кролів) використовують для синтезу білків, які застосовують у фармакології. Вони виділяються прямо в молоко. Це, наприклад, фактори зсідання крові, фібриноген, колаген, інтерферони та багато інших. Отримано модифікованих птахів, які відкладають яйця, що містять деякі білки людини, наприклад інтерферони....
0 Переглянути

Біотехнологія та генна інженерія рослин

11 Клас

Основні напрями сучасної біотехнології рослин: біотехнологія і мікроклональне розмноження рослин; створення культур клітин і тканин рослин; генна інженерія; клітинна інженерія; банки клітинних культур та їхня кріоконсервація для збереження генофонду рослин. Усі вони базуються на загальній властивості клітинної біології - соматичні (нестатеві) клітини є тотипотентними, завдяки чому з однієї соматичної клітини можна регенерувати цілісну рослину. Запам'ятаємо Тотипотентність (від лат. тотус - весь, цілий, потентіа - сила, можливість) - здатність однієї клітини багатоклітинного організму внаслідок поділу давати початок цілому новому організму. У тварин тотипотентними є зигота, у деяких видів - її прямі нащадки (наприклад, клітини морули). У рослин соматичні клітини можуть ставати тотипотентними внаслідок впливу великих доз певних фітогормонів (як-от, ауксинів). Мікроклональне розмноження - метод вегетативного розмноження рослин «у пробірці». Шматочки тканин вихідної рослини розміром 0,1 мм переносять на поживне середовище, у яке добавлено фітогормони, що стимулюють поділ клітин та утворення пагонів або подібних до них структур, які формуються у зародків. Далі новоутворені рослини розвиваються і ростуть на штучному середовищі в пробірці, потім їх переносять у ґрунт (мал. 58.1). Культури клітин і тканин рослин. Рослинні регулятори росту, які містить поживне середовище, стимулюють необмежене розмноження клітин і утворення недиференційованої клітинної маси - калюсу. Якщо потім калюс розділити на окремі клітини і продовжити культивувати ізольовані клітини на поживних середовищах, то з окремих клітин можна отримати повноцінні рослини (мал. 58.2). Культури клітин і тканин рослин використовують для отримання цінних речовин. Так, у культурі клітин раувольфії зміїної активно синтезуються алкалоїди, які використовують як ліки проти гіпертонії. З культур клітин женьшеню виділяють біологічно активні речовини. Це дає змогу отримувати рослинні лікарські препарати, не винищуючи рідкісні рослини. До отримання повноцінної рослини в культурі можна здійснювати попередню клітинну селекцію. Відбирають клітини, стійкі до гербіцидів, засолення, дії екстремальних температур, патогенів, а також ті, для яких характерний підвищений синтез корисних для людини речовин....
0 Переглянути

Біотехнологія, селекція та генна інженерія мікроорганізмів

11 Клас

Біотехнологія - це використання організмів чи біологічних процесів для отримання продуктів, потрібних людині, та наукове маніпулювання організмами, зокрема, на молекулярно-генетичному рівні. Людина здавна використовувала мікроорганізми для своїх потреб: дріжджі для виготовлення хлібу, пива та вина, бактерії та деякі цвілеві гриби - для сироваріння. Так, найдавніший рецепт пива археологи знайшли на шумерських клинописних табличках, вік яких - приблизно 8000 років. Нині близько сотні різноманітних видів мікроорганізмів (бактерій, актиноміцетів, одноклітинних еукаріотів) активно застосовують у біотехнологічних процесах у промисловому виробництві, сільському господарстві, медицині: для виготовлення лікарських засобів (наприклад, антибіотиків), синтезу ферментів, вітамінів, амінокислот, для виробництва харчових продуктів (хліба, пива, молочнокислих продуктів), а в сільському господарстві - для отримання силосу, утилізації органічних відходів тощо. Особливості селекційної роботи з мікроорганізмами. Мікроорганізми - дуже зручний об’єкт для селекції: є велика кількість вихідного матеріалу (за короткий проміжок часу на поживному середовищі виростають мільйони клітин); структура генома мікроорганізмів простіша, ніж у рослинних і тваринних клітин, мутаційні зміни можна побачити одразу в першому поколінні, бо прокаріоти мають набір спадкової інформації, яка відповідає гаплоїдному набору хромосом. Це робить селекцію ефективнішою (мал. 57.1). Нині виділяють три основних підходи до селекційної роботи з мікроорганізмами: 1) застосовують форму штучного добору, коли відбирають і розмножують окремі клітини з корисними мутаціями, отримуючи велику кількість нащадків однієї клітини з ідентичними генотипами (клони); 2) експериментальний мутагенез, за допомогою якого урізноманітнюють спадковий матеріал; 3) методи генної інженерії....
0 Переглянути

Особливості селекції рослин і тварин

11 Клас

Особливості селекції рослин базуються на тому, що багато видів здатні до самозапилення та вегетативного розмноження. Різниця в селекційній роботі із самозапильними та перехреснозапильними видами рослин проявляється вже на первинних етапах їхньої селекції. Після індивідуального добору для самозапильних рослин потрібно проводити схрещування між представниками різних ліній, щоб отримати міжлінійні гібриди. Для цього використовують штучне перехресне запилення між рослинами, техніка якого залежить від конкретного виду рослини (мал. 56.1). Для перехреснозапильних рослин спочатку потрібно отримати чисті лінії. Для однодомних рослин застосовують штучне самозапилення (наприклад, у кукурудзи) або низку близькоспоріднених схрещувань й отримують інбредні лінії (коноплі). У подальшому ці лінії використовують для отримання гетерозисних гібридів. Друга особливість - активне застосування експериментального мутагенезу. Третя особливість - широке використання поліплоїдії. Порівняно з диплоїдними формами поліплоїдні рослини мають велику кількість корисних для людини ознак: більшу вегетативну масу, підвищений уміст поживних речовин, стійкість до несприятливих факторів навколишнього середовища, кращі смакові якості. Отримання поліплоїдів є надійним способом подолання стерильності віддалених гібридів. Як ви знаєте, через порушення кон’югації хромосом під час мейозу більшість віддалених гібридів стерильні. Штучне подвоєння хромосомних наборів приводить до появи поліплоїдних форм, здатних до статевого розмноження. Класичним прикладом є подолання стерильності у рафанобрасики (гібриду капусти і редьки), яку створив видатний генетик Г.Д. Карпеченко (мал. 56.2). Четверта особливість - можливість отримання гаплоїдних форм (часто внаслідок партеногенезу). За подальшого штучного подвоєння хромосом у таких форм отримують диплоїдні гомозиготні лінії. Одним з методів отримання гаплоїдів є використання культури пиляків. Пиляки висаджують на штучне поживне середовище, що містить стимулятори росту. З них утворюються подібні до зародків структури (ембріоїди) з гаплоїдним числом хромосом, з яких у подальшому розвиваються гаплоїдні рослини....
0 Переглянути

Збільшення генетичного різноманіття під час селекційної роботи

11 Клас

Внесення додаткової генетичної різноманітності у вихідний селекційний матеріал - необхідний етап будь-якої селекційної роботи (поміркуйте чому). Розв’язати цю задачу можна кількома способами. Збільшення комбінативної мінливості за рахунок неспорідненого схрещування. За наявності різноманітного вихідного селекційного матеріалу генетичну різноманітність порід і сортів можна збільшити, проводячи неспоріднені схрещування (аутбридинг). Їх застосовують для внесення нових варіантів поєднань алельних генів і добору за новими комбінаціями ознак. Для селекційної роботи величезне значення має залучення не тільки місцевих, але й завезених сортів (мал. 55.1). Залучення як вихідного матеріалу диких родичів сортів рослин і порід тварин. Дикі види зазвичай краще пристосовані до умов проживання, стійкіші до несприятливих впливів і хвороб. Наприклад, гібриди культурних сортів картоплі з дикими видами стійкіші до колорадського жука, нематод, грибкових хвороб, є скоростиглими, краще витримують низьку температуру, можуть давати врожай двічі на рік. Популярними є породи свиней, отримані в результаті схрещування домашньої свині і дикої (мал. 55.2). Отримані гібриди швидше пристосовуються до різних умов життя. Пошук мутацій, які цікавлять селекціонерів, та експериментальний мутагенез. У результаті мутацій утворюються нові варіанти генів та ознак, які можуть бути корисними для людини. На основі штучного добору спонтанних мутацій вдалося отримати багато нових сортів рослин і порід тварин (мал. 55.3). Більшість мутацій, які контролюють корисні для людини ознаки, у природі мають негативний ефект. Наприклад, мутація, що зумовлює платинове забарвлення хутра у лисиць (дуже цінна для людини), у гомозиготному стані є летальною....
0 Переглянути

Селекція організмів: у пошуках генетичного різноманіття

11 Клас

Ви вже знаєте, що генетична різноманітність, або гетерогенність, сорту рослин або породи тварин нижча порівняно з природними (поміркуйте чому). Через це кожний сорт або порода мають унікальний набір варіантів послідовностей ДНК (поліморфних молекулярних маркерів). (Завдання: використовуючи інтернет-джерела, знайдіть інформацію про метод ДНК фінгерпринтингу (своєрідних «відбитків пальців»). Основний метод селекції - штучний добір - виявляється неефективним у генетично однорідних популяціях. Тому для успішної роботи селекціонерам потрібне генетичне різноманіття вихідного матеріалу. Учення про значення вихідного матеріалу для здійснення ефективної селекції розробив всесвітньовідомий генетик і селекціонер М.І. Вавилов (мал. 54.1). Він також створив перший у світі «банк генів» - колекцію насіння культурних рослин та їхніх дикорослих родичів. Під час експедицій по всьому світу, аналізуючи матеріали про світові рослинні ресурси, М.І. Вавилов встановив 7 географічних центрів походження культурних рослин (див. табл. 54.1; мал. 54.2), де спостерігають найбільшу видову й сортову різноманітність як культурних рослин, так і їхніх дикорослих форм. Ці центри географічно чітко відповідають центрам давніх цивілізацій. З розвитком методів молекулярної генетики і нових підходів до визначення генетичної гетерогенності матеріалу для селекції постало питання щодо перегляду кількості центрів походження культурних рослин. Наприклад, деякі вчені вважають, що Південноазійський тропічний центр треба розділити на три. Пропонують додати ще один центр - Австралійський, звідки пішли евкаліпт, ківі, новозеландські шпинат і льон....
0 Переглянути

Основні методи селекції організмів: штучний добір і гібридизація

11 Клас

Починаючи з перших спроб одомашнювання тварин та введення в культуру рослин (приблизно 15 000 - 10 000 років тому) людина постійно намагалася поліпшити їхні властивості. Вона несвідомо робила вибір на користь особин, які приваблювали своїми певними якостями, наприклад продуктивніших, поступово поліпшуючи їх. Таку форму добору називають несвідомою. Ця примітивна формою селекції була найтривалішою і сприяла появі перших порід тварин і сортів рослин, які значно відрізнялися від вихідних предкових форм (мал. 53.1). У подальшому людина почала цілеспрямовано добирати особин, які задовольняли її потреби, тобто здійснювала методичний добір, намагаючись свідомо вивести нові форми організмів. Методичний добір є усвідомленою селекцією. Ви вже знаєте, що основними методами селекції є штучний добір і гібридизація. Пригадаємо: штучний добір полягає у відборі людиною особин, що мають потрібні для неї властивості, і в подальшому їхньому розмноженні. Теорію штучного добору обґрунтував Ч. Дарвін. Виділяють два типи штучного добору: масовий та індивідуальний. За масового добору відбирають групу особин за критеріями, що цікавлять людину. Перевагою цього добору є його простота. Основний недолік - особин для добору відбирають лише за фенотипом без урахування генотипів особин. Це значно сповільнює селекційний процес, створення чи поліпшення сортів і порід забирає багато часу (поміркуйте чому)....
0 Переглянути

Селекція організмів: основні положення та завдання

11 Клас

Подолати негативні наслідки «Зеленої революції» можливо завдяки створенню методами селекції нових сортів рослин і порід свійських тварин, які найкраще пристосовані до умов існування в конкретній місцевості, а їхнє вирощування та утримання не потребуватимуть складних і небезпечних агротехнічних заходів (використання пестицидів, іригації тощо). Пригадаємо: селекція (від лат. селектіо - вибір, добір) - наука про створення нових і поліпшення вже існуючих сортів рослин, порід тварин і штамів мікроорганізмів. Сорти рослин, породи тварин і штами мікроорганізмів є штучними популяціями організмів, які мають закріплені генетично морфологічні (особливості будови) та фізіологічні (наприклад, продуктивність, стійкість до хвороб, посухи тощо) корисні для людини ознаки. Цікаво знати За 15 тис. років людство створило приблизно 6200 порід різних видів тварин, а кількість сортів рослин неможливо навіть оцінити. На створення такої кількості форм природі знадобилося б близько 50 млн років (мал. 52.1). Як штучні популяції сорти, породи і штами мають низьку генетичну різноманітність: в усіх особин (клітин у мікроорганізмів) генетичні характеристики подібні або ідентичні, а відповідно - і подібні морфологічні ознаки та біологічні властивості (мал. 52.2). Вони не здатні до ефективного існування у дикій природі, без підтримання людини можуть загинути або втратити свої корисні властивості (здичавіти) (мал. 52.3)....
0 Переглянути

Поступ біології у сільському господарстві: позитивні та негативні наслідки «Зеленої революції»

11 Клас

Із середини 40-х років минулого століття по всьому світові в сільському господарстві почалися процеси, що дістали назву Зелена революція. Це комплекс змін у сільському господарстві, які сприяли значному збільшенню отримання сільськогосподарської продукції. У деяких країнах, що розвиваються, «Зелена революція» дала змогу розв’язати проблему нестачі продуктів харчування і загалом підвищити якість життя населення. Теоретично, теперішня ефективність сільського господарства здатна забезпечити такі темпи виробництва, які б дали змогу нарощування виробництва харчових продуктів відповідно до темпів зростання населення. Наряду з використанням сучасної агротехніки - сучасних прийомів вирощування культурних рослин (пестицидів, добрив, технічних засобів обробітку ґрунту, іригаційних робіт тощо) істотний внесок у розв’язання проблеми отримання сільськогосподарської продукції було зроблено завдяки створенню продуктивніших сортів культурних рослин і порід сільськогосподарських тварин. Наприклад, завдяки «генетичному поліпшенню» вдалося підвищити врожайність кукурудзи майже на 90 %, а продукцію молока - на 50 %. Цікаво знати Термін «Зелена революція» уперше запропонував Вільям Гауд у 1968 р., але її засновником є Н. Борлоуг (мал. 51.1) - американський агроном і селекціонер, який у 1970 р. отримав Нобелівську премію миру за внесок у боротьбу з голодом. Негативні наслідки «Зеленої революції». Незважаючи на глобальні позитивні ефекти, сучасний розвиток сільського господарства призвів до появи не менш глобальних проблем, пов’язаних з екологічною безпекою: появи і розповсюдження у довкіллі нових ефективніших пестицидів, які можуть накопичуватися в організмах, спричиняти отруєння та справляти мутагенний або канцерогенний ефект; збільшення потреб у енергоресурсах (різних видів палива, електрики тощо), що призводить до посилення забруднення довкілля; ерозії ґрунтів у результаті іригаційних заходів, а також через вичерпання підземних вод; збільшення посівних площ призвело до скорочення біорізноманіття нашої планети (поміркуйте чому); зменшення генетичного різноманіття внаслідок скорочення кількості місцевих сортів і порід або заміни їх на завезені; локальних екологічних катастроф, які виникають унаслідок експансії видів, непритаманних даній екосистемі....
0 Переглянути
Вперед
1 ... 309 310 311 312 313 314 315 316 317 ... 343
Назад

Навігація