"Биология. Общие закономерности. 9 класс". С.Г. Мамонтова и др. (гдз)

Методы биотехнологии. Генная инженерия

Вопрос 1.
Микробиология и связанные с ней прикладные технологии в настоящий момент имеют огромное значение для народного хозяйства. Так, микроорганизмы используются в хлебопечении, пивоварении, виноделии, для изготовления многих молочнокислых продуктов, квашения овощей. В микробиологической промышленности бактерии используют для получения витаминов, пищевых красителей, пищевых добавок для животных (Белково витаминных добавок, премиксов) и др.. Помимо пищевой промышленности, технологии с использованием деятельности бактерий и грибов применяются в металлургии — это очистка пород, выделение ценных металлов. В медицине — синтез важнейших белков (например, инсулина).

Вопрос 2.
Примеры использования микроорганизмов в промышленности чрезвычайно многообразны. В хлебопечении, например, все виды дрожжевого теста изготавливаются при помощи дрожжевых грибов.
В пивоварении и виноделии сбраживание и специфический вкус напитков во многом определяется участвующими в процессе микроорганизмами. В приготовлении молочнокислых продуктов — использование йогуртового или кефирного грибка.
В медицинской промышленности — это получение гормона инсулина и белка интерферона за счет внедрения генов этих белков в хромосому кишечной палочки.
С помощью бактерий и грибов получают витамины, гормоны, антибиотики и т.п. К настоящему времени получены новые формы бактерий, способные разрушать нефтепродукты, загрязняющие окружающую среду. Разработаны методы использования микроорганизмов для очистки сточных вод.
Микроорганизмы используют для биологической защиты растений. Использование генно-инженерных подходов позволяет повысить резистентность растений к насекомым-вредителям. Известно, что некоторые бактерии выделяют белок-прототоксин, который в кишечном тракте насекомых расщепляется их протеазами до активного токсина, убивающего вредителей. Трансформация генами эндотоксина, выделенными из генома одной бактери, растений томата, вызывает у растений защитный эффект, сопоставимый с использованием инсектицидных препаратов.

Вопрос 3.
Технологию получения необходимых человеку веществ из живых клеток или с их помощью называют биотехнологией.
Чаще всего для биотехнологии используют бактерии, грибы, водоросли. Эти организмы относительно неприхотливы, очень быстро размножаются и способны выделять вещества, применяемые человеком в различных областях хозяйства.
Одним из основных методов биотехнологии является клеточная инженерия: создание клеток нового типа на основе их гибридизации, реконструкции и культивирования; объединение целых клеток, принадлежавших различным видам (и даже относящихся к разным царствам - растениям и животным), с образованием клетки, несущей генетический материал обеих родительских клеток, и другие операции. Клеточная инженерия используется для решения теоретических проблем в биотехнологии, для создания новых форм растений, обладающих полезными для человека признаками и одновременно устойчивых к болезням. При помощи методов биотехнологии ученым удается улучшить различные качества растений и животных, например, выращиваемые на искусственных питательных средах клетки и ткани растений составляют основу разнообразных технологий в сельском хозяйстве. Так получены растения, устойчивые к вирусам и болезнетворным микроорганизмам, гербицидам; растения, способные синтезировать токсины, ядовитые для насекомых-вредителей; растения с чужеродными генами, контролирующими синтез белков холодоустойчивости и белков с улучшенным аминокислотным составом.
Клеточная инженерия — это выращивание клеток какого-либо организма на искусственных питательных средах, где эти клетки размножаются, растут и выделяют необходимые человеку вещества. Так, например, делаются попытки выращивания культуры клеток желез внутренней секреции для получения гормонов.

Вопрос 4.
Сущность генной инженерии состоит в том, что в организм (чаще прокариотный) встраивается ген или группа генов другого организма. В результате можно заставить клетку микроорганизма синтезировать те белки, которые она раньше вырабатывать не могла. Сначала выделяют ген из клетки-донора или его искусственно синтезируют. Этот ген присоединяют к молекуле ДНК (вектору), способной ввести его в клетку-реципиент. Ген включается в геном клетки-реципиента. Происходит активация гена. Полученная информация в фенотипе клетки—реципиента проявляется при транскрипции и трансляции. Роль вектора могут выполнять фаги, вирусы, плазмиды, ДНК митохондрий.
Методы генной инженерии используются в биотехнологии для получения микроорганизмов, способных синтезировать биологически активные вещества после внедрения генов. Например, этот метод позволяет получить штамм кишечной палочки, способной продуцировать инсулин - гормон, необходимый для лечения больных сахарным диабетом. Одним из первых методами генетической инженерии был получен гормон роста человека — соматотропный гормон и кортикотропин. Большие успехи достигнуты в области получения методами генетической инженерии биологически активных пептидов. Метод генной инженерии может быть использован для устранения наследственно обусловленных нарушений обмена веществ. Делаются попытки переноса генов, отвечающих за фиксацию азота у азотфиксирующих бактерий, в другие почвенные микроорганизмы. При этом в почву из воздуха будут поступать большие количества азота, что сделает ненужными азотистые удобрения.
Введение соответствующих генетических конструкций в ДНК оплодотворенных яйцеклеток сельскохозяйственных животных (коров, коз, овец, свиней) и птиц стимулирует их рост и повышает выход продуктов питания. Получены популяции трансгенных рыб (лососей), в которых масса тела годовалых особей в 10 раз превышает таковую у обычных рыб. Кроме того, генетически трансформированные животные могут быть использованы как «биофабрики» по производству белков человека. Молоко трансгенных коров может служить, например, источником для получения белков человека, необходимых для лечения ряда заболеваний. Количество молока, полученное в течение года от 20 трансгенных коров, достаточно для полного удовлетворения потребностей медицины в белке С, предотвращающем тромбообразование. С другой стороны, одной трансгенной коровы будет достаточно для выделения из ее молока необходимого количества фактора фактора Кристмаса — компонента каскадного механизма свертывания крови, который вводят больным гемофилией. Получены линии трансгенных свиней, в крови которых накапливается гемоглобин человека. Созданы трансгенные свиньи, у которых продукты экспрессии генов ингибируют процесс отторжения органов животных при их пересадке приматам, что открывает перспективы успешной трансплантации органов животных в организм человека. Были получены трансгенные растения кукурузы, риса и сахарного тростника, что позволяет реализовать три взаимодополняющих момента: улучшение пищевых (или технологических) качеств, а также повышение устойчивости к биотическим и абиотическим факторам внешней среды. Существенное практическое значение имеют работы в области получения трансгенных растений, устойчивых к гербицидам, которые, уничтожая сорняки, угнетающе действуют и на посевы сельскохозяйственных культур. В нашей стране учеными под руководством А. С. Спирина были созданы первые биореакторы непрерывного действия, в которых осуществляется внеклеточный синтез белков. С использованием только определенных мРНК удается получать высокоочищенные белковый гормон кальцитоцин и интерфероны человека.
Перенос генов дает, кроме того, возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные признаки одних организмов другим.