Главная » Алгебра » Новые сферы и методы применения микроорганизмов слайд. Селекция микроорганизмов. Микроорганизмы Бактерии, микроскопические грибы, простейшие. III. Объяснение нового материала

Новые сферы и методы применения микроорганизмов слайд. Селекция микроорганизмов. Микроорганизмы Бактерии, микроскопические грибы, простейшие. III. Объяснение нового материала

ОТКРЫТИЯ В ОБЛАСТИ БИОЛОГИИ В ЭПОХУ НТР

Введение
Современное состояние биотехнологии
Биотехнология и её роль в практической деятельности человека
Биотехнологии в растениеводстве

Метод культуры тканей

Клонирование

Новые открытия в области медицины

Генная инженерия

Трансгенные продукты: за и против
Генно-модифицированные продукты

Последствия развития биотехнологии в эпоху НТР

Введение

Биотехнология – это промышленное использование биологических процессов и систем на основе выращивания высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с необходимыми человеку свойствами. Отдельные биотехнологические процессы (хлебопечение, виноделие) известны с древних времен. Но наибольших успехов биотехнология достигла во второй половине XX века и приобретает всё большее значение для человеческой цивилизации.

Современное состояние биотехнологии

С древних времен известны отдельные биотехнологические процессы, используемые в сферах практической деятельности человека. К ним относятся хлебопечение, виноделие, пивоварение, приготовление кисломолочных продуктов и т. д. Наши предки не имели представления о сути процессов, лежащих в основе таких технологий, но в течение тысячелетий, используя метод проб и ошибок, совершенствовали их. Биологическая сущность этих процессов была выявлена лишь в XIX в. благодаря научным открытиям Л. Пастера. Его работы послужили основой для развития производств с использованием разнообразных видов микроорганизмов. В первой половине XX в. стали применять микробиологические процессы для промышленного получения ацетона и бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов, кормового белка.
Успехи, достигнутые во второй половине XX в. в области цитологии, биохимии, молекулярной биологии и генетики, создали предпосылки для управления элементарными механизмами жизнедеятельности клетки, что способствовало бурному развитию биотехнологии. Благодаря селекции высокопродуктивных штаммов микроорганизмов, эффективность биотехнологических процессов увеличилась в десятки и сотни раз.

Биотехнология и её роль в практической деятельности человека

Особенностью биотехнологии является то, что она сочетает в себе самые передовые достижения научно-технического прогресса с накопленным опытом прошлого, выражающимся в использовании природных источников для создания полезных для человека продуктов. Любой биотехнологический процесс включает ряд этапов: подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование полученных продуктов. Многоэтапность и сложность процесса обусловливает необходимость привлечения к его осуществлению самых разных специалистов: генетиков и молекулярных биологов, цитологов, биохимиков, вирусологов, микробиологов и физиологов, инженеров-технологов, конструкторов биотехнологического оборудования.

Биотехнология в растениеводстве

Метод культура тканей

Всё шире на промышленной основе применяется метод вегетативного размножения сельскохозяйственных растений культурой тканей. Он позволяет не только быстро размножать новые перспективные сорта растений, но и получить незараженный вирусами посадочный материал.

Биотехнологии в животноводстве

В последние годы повышается интерес к дождевым червям как к источнику животного белка для сбалансирования кормовых рационом животных, птиц, рыб, пушных зверей, а также белковой добавки, обладающей лечебно-профилактическими свойствами.
Для повышения продуктивности животных нужен полноценный корм. Микробиологическая промышленность выпускает кормовой белок на базе различных микроорганизмов - бактерий, грибов, дрожжей, водорослей. Как показали промышленные испытания, богатая белками биомасса одноклеточных организмов с высокой эффективностью усваивается сельскохозяйственными животными. Так, 1 т кормовых дрожжей позволяет сэкономить 5-7 т зерна. Это имеет большое значение, поскольку 80% площадей сельскохозяйственных угодий в мире отводятся для производства корма скоту и птице.

Клонирование

Клонирование овцы Долли в 1996 году Яном Вильмутом и его коллегами в Рослинском институте в Эдинбурге вызвало бурную реакцию во всем мире. Долли была зачата из клетки молочной железы овцы, которой уже давно не было в живых, а ее клетки хранились в жидком азоте. Методика, с помощью которой была создана Долли, известна под названием «перенос ядра», то есть из неоплодотворенной яйцеклетки было удалено ядро, а вместо него помещено ядро из соматической клетки. Из 277 яйцеклеток с пересаженным ядром лишь одна развивалась в относительно здоровое животное. Этот метод размножения является «асексуальным», так как он не требует наличия представителя каждого пола, чтобы создать ребенка. Успех Вильмута стал международной сенсацией.
В декабре 1998 года стало известно об удачных закончившихся попытках клонирования крупного рогатого скота, когда японцам И. Като, Т. Тани и сотр. удалось получить 8 здоровых телят после переноса 10 реконструированных эмбрионов в матку коров-реципиентов.

Слайд №10

Новые открытия
в области медициныОсобенно широко успехи биотехнологии применяются в медицине. В настоящее время с помощью биосинтеза получают антибиотики, ферменты, аминокислоты, гормоны.
Например, гормоны раньше, как правило, получали из органов и тканей животных. Даже для получения небольшого количества лечебного препарата требовалось много исходного материала. Следовательно, трудно было получить необходимое количество препарата, и он был очень дорог.
Так, инсулин, гормон поджелудочной железы, - основное средство лечения при сахарном диабете. Этот гормон надо вводить больным постоянно. Производство его из поджелудочной железы свиньи или крупного рогатого скота сложно и дорого. К тому же молекулы инсулина животных отличаются от молекул инсулина человека, что нередко вызывало аллергические реакции, особенно у детей. В настоящее время налажено биохимическое производство человеческого инсулина. Был получен ген, осуществляющий синтез инсулина. С помощью генной инженерии этот ген был введен в бактериальную клетку, которая в результате приобрела способность синтезировать инсулин человека.
Помимо получения лечебных средств, биотехнология позволяет проводить раннюю диагностику инфекционных заболеваний и злокачественных новообразований на основе применения препаратов антигенов, ДНК/РНК -проб.
С помощью новых вакцинных препаратов возможно предупреждение инфекционных болезней.

Слайд №11

Метод стволовых клеток: лечит или калечит?

Японские ученые под руководством профессора Синья Яманака из Университета Киото впервые выделили стволовые клетки из человеческой кожи, предварительно внедрив в них набор определенных генов. По их мнению, это может послужить альтернативой клонированию и позволит создать препараты, сравнимые с теми, что получаются при клонировании человеческих эмбрионов. Американские ученые практически одновременно получили аналогичные результаты. Но это не означает, что через несколько месяцев можно будет полностью уйти от клонирования эмбрионов и восстанавливать работоспособность организма при помощи стволовых клеток, полученных из кожи пациента.
Сначала специалистам придется убедиться в том, что «кожные» столовые клетки на самом деле так многофункциональны, как кажутся, что их можно без опасений за здоровье пациента вживлять в различные органы и что они при этом будут работать. Главное опасение – как бы такие клетки не представляли риска в отношении развития рака. Потому что главная опасность эмбриональных стволовых клеток заключается в том, что они генетически нестабильны и обладают способностью развиваться в некоторые опухоли после трансплантации в организм.

Слайд №12

Генная инженерия

Приёмы генной инженерии позволяют выделять необходимый ген и вводить его в новое генетическое окружение с целью создания организма с новыми, заранее предопределёнными признаками.
Методы генной инженерии остаются ещё очень сложными и дорогостоящими. Но уже сейчас с их помощью в промышленности получают такие важные медицинские препараты, как интерферон, гормоны роста, инсулин и др.
Селекция микроорганизмов является важнейшим направлением в биотехнологии.
Развитие бионики позволяет эффективно применять для решения инженерных задач биологические методы, использовать в различных областях техники опыт живой природы.

Слайд №13

Трансгенные продукты:
за и противВ мире уже зарегистрировано несколько десятков съедобных трансгенных растений. Это сорта сои, риса и сахарной свеклы, устойчивых к гербицидам; кукурузы, устойчивой к гербицидам и вредителям; картофеля, устойчивого к колорадскому жуку; кабачков, почти несодержащих косточек; помидоров, бананов и дынь с удлиненным сроком хранения; рапса и сои с измененным жирнокислотным составом; риса с повышенным содержанием витамина А.
Генетически модернизированные источники могут встречаться в колбасе, сосисках, мясных консервах, пельменях, сыре, йогуртах, детском питании, кашах, шоколаде, конфетах мороженом.

Слайд №14

Генно-модифицированные продукты

Перечень продуктов, где могут быть генетически измененные продукты: Рибофлавины Е 101, Е 101А, карамель Е 150, ксантан Е 415, лецитин Е 322, Е 153, Е160d, Е 161с, Е 308q, Е 471, Е 472f, Е 473, Е 475, Е 476b, Е 477, Е 479а, Е 570, Е 572,Е 573, Е 620, Е 621, Е 622, Е 623, Е 623, Е 624, Е 625.
Генно - модифицированные продукты: шоколад Fruit Nut, Kit-kat, Milky Way, Twix; напитки: Nesquik, Coca-Cola, Sprite, Pepsi, чипсы Pringles, йогурт Danon.
Генетически измененные продукты производят такие компании: Новартиc (Novartis), Монсанто (Monsanto)-новое название компании Фармация (Pharmacia), куда входит и Кока-кола, а также Нестле (Nestle), Данон (Danone), Хенц, Хипп, Юниливер (Uniliver), Юнайтид Бисквитс (United Biscuits), рестораны Мак-Доналдс (Mac-Donalds).
В мире не зарегистрировано ни одного факта, что трансгенное растение нанесло вред человеку. Но бдительность терять не стоит. Пока не выяснено, не повлияют ли эти растения на потомство, не загрязнят ли окружающую среду.

Слайд №15

Перспективы развития биотехнологии

Все шире на промышленной основе применяется метод вегетатив- ного размножения сельскохозяйственных растений культурой тканей. Он позволяет не только быстро размножить новые перспективные сорта растений, но и получить незараженный вирусами посадочный материал.
Биотехнология позволяет получать экологически чистые виды топлива путем биопереработки отходов промышленного и сельскохозяйственного производств. Например, созданы установки, в которых используются бактерии для переработки навоза и других органических отходов. Из 1 т навоза получают до 500 м3 биогаза, что эквивалентно 350 л бензина, при этом качество навоза как удобрения улучшается.
Биотехнологические разработки находят все большее применение в добыче и переработке полезных ископаемых.

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд

Описание слайда:

2 слайд

Описание слайда:

Традиционная селекция микроорганизмов (в основном бактерий и грибов) основана на экспериментальном мутагенезе и отборе наиболее продуктивных штаммов. Но и здесь есть свои особенности. Геном бактерий гаплоидный, любые мутации проявляются уже в первом поколении. Хотя вероятность естественного возникновения мутации у микроорганизмов такая же, как и у всех других организмов (1 мутация на 1 млн. особей по каждому гену), очень высокая интенсивность размножения дает возможность найти полезную мутацию по интересующему исследователя гену.

3 слайд

Описание слайда:

В результате искусственного мутагенеза и отбора была повышена продуктивность штаммов гриба пеницилла более чем в 1000 раз. Продукты микробиологической промышленности используются в хлебопечении, пивоварении, виноделии, приготовлении многих молочных продуктов. С помощью микробиологической промышленности получают антибиотики, аминокислоты, белки, гормоны, различные ферменты, витамины и многое другое.

4 слайд

Описание слайда:

Микроорганизмы используют для биологической очистки сточных вод, улучшений качеств почвы. В настоящее время разработаны методы получения марганца, меди, хрома при разработке отвалов старых рудников с помощью бактерий, где обычные методы добычи экономически невыгодны.

5 слайд

Описание слайда:

Биотехнология Использование живых организмов и их биологических процессов в производстве необходимых человеку веществ. Объектами биотехнологии являются бактерии, грибы, клетки растительных и животных тканей. Их выращивают на питательных средах в специальных биореакторах.

6 слайд

Описание слайда:

7 слайд

Описание слайда:

Новейшими методами селекции микроорганизмов, растений и животных являются клеточная, хромосомная и генная инженерия.

8 слайд

Описание слайда:

Генная инженерия Генная инженерия - совокупность методик, позволяющих выделять нужный ген из генома одного организма и вводить его в геном другого организма. Растения и животные, в геном которых внедрены «чужие» гены, называются трансгенными, бактерии и грибы - трансформированными. Традиционным объектом генной инженерии является кишечная палочка, бактерия, живущая в кишечнике человека. Именно с ее помощью получают гормон роста - соматотропин, гормон инсулин, который раньше получали из поджелудочных желез коров и свиней, белок интерферон, помогающий справиться с вирусной инфекцией.

9 слайд

Описание слайда:

Процесс создания трансформированных бактерий включает этапы: Рестрикция - «вырезание» нужных генов. Проводится с помощью специальных «генетических ножниц», ферментов - рестриктаз. Создание вектора - специальной генетической конструкции, в составе которой намеченный ген будет внедрен в геном другой клетки. Основой для создания вектора являются плазмиды. Ген вшивают в плазмиду с помощью другой группы ферментов - лигаз. Вектор должен содержать все необходимое для управления работой этого гена - промотор, терминатор, ген-оператор и ген-регулятор, а также маркерные гены, которые придают клетке-реципиенту новые свойства, позволяющие отличить эту клетку от исходных клеток. Трансформация - внедрение вектора в бактерию. Скрининг - отбор тех бактерий, в которых внедренные гены успешно работают. Клонирование трансформированных бактерий.

10 слайд

Описание слайда:

Образование рекомбинантных плазмид: 1 - клетка с исходной плазмидой 2 - выделенная плазмида 3 - создание вектора 4 - рекомбинантная плазмида (вектор) 5 - клетка с рекомбинантной плазмидой

11 слайд

Описание слайда:

Эукариотические гены, в отличие от прокариотических, имеют мозаичное строение (экзоны, интроны). В бактериальных клетках отсутствует процессинг, а трансляция во времени и пространстве не отделена от транскрипции. В связи с этим для пересадки эффективнее использовать искусственно синтезированные гены. Матрицей для такого синтеза является иРНК. С помощью фермента обратная транскриптаза на этой иРНК сперва синтезируется цепь ДНК. Затем на ней с помощью ДНК-полимеразы достраивается вторая цепь.

12 слайд

Описание слайда:

Хромосомная инженерия Хромосомная инженерия - совокупность методик, позволяющих осуществлять манипуляции с хромосомами. Одна группа методов основана на введении в генотип растительного организма пары чужих гомологичных хромосом, контролирующих развитие нужных признаков (дополненные линии), или замещении одной пары гомологичных хромосом на другую (замещенные линии). В полученных таким образом замещенных и дополненных линиях собираются признаки, приближающие растения к «идеальному сорту».

13 слайд

Описание слайда:

Метод гаплоидов основан на выращивании гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом. Например, из пыльцевых зерен кукурузы выращивают гаплоидные растения, содержащие 10 хромосом (n = 10), затем хромосомы удваивают и получают диплоидные (n = 20), полностью гомозиготные растения всего за 2–3 года вместо 6–8-летнего инбридинга. Сюда же можно отнести и метод получения полиплоидных растений

14 слайд

СГБОУ ПО

«Севастопольский медицинский колледж

имени Жени Дерюгиной»

Селекция микроорганизмов. Биотехнология

Преподаватель Смирнова З. М.

Селекция микроорганизмов

Селекция микроорганизмов (бактерий, сине-зеленых водорослей и грибов) производится с целью получения продуктивных штаммов и последующего их использования в промышленности, сельском хозяйстве и медицине.

Штамм – популяция микроорганизмов, характеризующаяся сходными наследственными особенностями и определёнными признаками, полученная в результате искусственного отбора.

Методы селекции микроорганизмов

Искусственный

Выявление

отбор:

продуктивного

по скорости роста;
по продуктивности;
по окраске и др.

штамма

Индуцированный

(искусственный)

мутагенез

Особенности микроорганизмов

Геном бактерий гаплоидный, любые мутации проявляются уже в первом поколении.

Генетический аппарат бактерий представлен одной

хромосомой (1n) – гигантской кольцевой молекулой ДНК и мелкие кольцевые молекулы ДНК – плазмиды.

Очень высокая интенсивность размножения обеспечивает наличие неограниченного количества материала для работы.

Плазмиды

Нуклеоид с генофором

Микробиологический синтез

Микробиологический синтез – промышленный способ получения химических соединений и продуктов (например, белков, антибиотиков, витаминов), осуществляемый благодаря жизнедеятельности микробных клеток.

Микроорганизмы служат важным источником белка, который они синтезируют в 10 – 100 тыс. раз быстрее, чем животные.

Так, 400-килограммовая корова производит в день 400 граммов белка, а 400 килограммов бактерий – 40 тысяч тонн.

Результаты селекции

микроорганизмов

Результаты селекции

микроорганизмов

Продуктивность штаммов гриба пеницилла была повышена

в 1000 раз.

С помощью микробиологического синтеза получают антибиотики, аминокислоты, белки, гормоны, ферменты, витамины и многое другое.
Продукты микробиологической промышленности используются

в хлебопечении, пивоварении, виноделии, приготовлении многих молочных продуктов.

Микроорганизмы используют для биологической очистки сточных вод, улучшений качеств почвы.
Разработаны методы получения марганца, меди, хрома при разработке отвалов старых рудников с помощью бактерий, где обычные методы добычи экономически невыгодны.

Биотехнология

Биотехнология – это производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов.

Методы биотехнологии

Хромосомная инженерия

Клеточная инженерия

Генная инженерия

Микробиологический синтез

(селекция

микроорганизмов)

С развитием биотехнологии связывают решение проблем обеспечения населения продовольствием, минеральными ресурсами и энергией (биогаз), охраны окружающей среды (биологическая очистка воды) и др.

Биотехнология

Объекты биотехнологии:

вирусы,
бактерии,

грибы,
клетки и ткани растений, животных и человека.

Их выращивают на питательных средах в биореакторах-ферментерах.

Генная инженерия

Генная инженерия – совокупность методик, позволяющих выделять нужный ген из генома одного организма и вводить его

в геном другого организма.

Успешно реализуются два направления:

Пересадка природных генов в ДНК бактерий или грибов;

Встраивание искусственно созданных генов, несущих заданную информацию, в плазмиды.

В настоящее время основным объектом биотехнологии являются прокариоты.

Генная инженерия

Растения и животные, в геном которых внедрены «чужие» гены, называются трансгенными,

бактерии и грибы – трансформированными ,

Трансдукция – перенос гена из одной бактерии в другую посредством бактериофагов.

Классическим объектом генной инженерии является кишечная палочка.

Генная инженерия

Процесс создания трансформированных бактерий включает в себя следующие этапы:

Рестрикция – «вырезание» нужных генов. Проводится с

помощью специальных «генетических ножниц», ферментов –

рестриктаз.

2. Создание вектора – специальной генетической конструкции, в составе которой намеченный ген будет внедрен в геном другой клетки.

Ген "вшивают" в вектор – плазмиду, с помощью которого ген вводится в бактерию. "Вшивание" осуществляется с помощью другой группы ферментов – лигаз.

3. Трансформация – внедрение вектора в бактерию.

4. Скрининг – отбор тех бактерий, в которых внедренные гены успешно работают.

5. Клонирование трансформированных бактерий.

Процесс создания трансформированных бактерий

Искусственная ДНК-затравка для синтеза комплементарной ДНК (кДНК)

Выделение иРНК

Клетки, вырабатывающие требуемый белок

иРНК

Рестрикция

Гибридизация

Синтез кДНК

Гибрид ДНК-РНК

Одночепочечная кДНК

Удаление РНК

Синтез второй цепи кДНК

Внехромосомная ДНК (плазмида)

Разрезание плазмиды

Двухцепочечная кДНК – ген требуемого белка

«Сшивка» ДНК-лигазой

Бактерии

Клонирование

Колонии бактерий

Рекомиби-нантная плазмида

Встраивание

в бактерию

Выделение требуемого

белка

Трансформация

(вектор)

Процесс создания трансформированных бактерий:

Из эукариотических клеток, например клеток поджелудочной железы человека, выделяют мРНК-продукт нужного гена и с помощью фермента обратной транскриптазы (ревертазы) – фермент обнаруженный у РНК-содержащих вирусов, синтезируют комплементарную ей цепь ДНК.

Образуется гибридная ДНК-РНК-молекула.
мРНК удаляют при помощи гидролиза.
Оставшуюся цепь ДНК реплицируют при помощи ДНК-полимеразы.
Полученная двойная спираль ДНК состоит только из транскрибируемой части гена и не содержит интронов. Она называется комплементарной ДНК (кДНК)
Создание вектора – генетической конструкции, в составе которой намеченный ген будет внедрен в геном другой клетки. Основой для создания вектора являются плазмиды.

Ген вшивают в плазмиду с помощью ферментов – лигаз.
Трансформация – внедрение вектора (плазмиды) в бактерию.
Бактериальные клетки приобретают способность синтезировать белки, кодируемые нужным геном.

Достижения генной инженерии

Более 350 препаратов и вакцин, разработанных с помощью

биотехнологий, широко используются в медицине, например:

- соматотропин – гормон роста, применяют при лечении карликовости;

- инсулин – гормон поджелудочной железы, используется для лечения

сахарного диабета;

- интерферон – антивирусный препарат, используется для лечения

некоторых форм раковых заболеваний;

Создание генномодифицированных растений. Лидером среди ГМО растений является соя – дешевый источник масла и белка;

- ген азотфиксации перенесен в генотип ценных с/х растений;

Получение трансгенных растений с геном bt, несущим устойчивость к насекомым

Бактерия Bacillus thuringiensis вырабатывает эндотоксин, токсичный для насекомых и безвредный для млекопитающих.

Из бактерии выделили этот

ген и ввели его в плазмиду почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens.

Этой бактерией были заражены растительной ткани,

выращиваемой на питательной

среде.

Трансгенные растения, созданные при помощи агробактерий

Двудольные растения:

пасленовые (картофель, томаты), бобовые (соя), крестоцветные

(капуста, редис, рапс), и т.д.

Однодольные растения:

злаки,

банановые.

Первый трансгенный продукт (томаты) поступил на рынок в 1994 г.

Сегодня в мире более 150 сортов ГМ растений допущено

к промышленному производству.

Результаты генетической модификации:

Устойчивость к гербицидам;
Устойчивость к болезням и вредителям;
Изменение морфологии растений;
Изменение размера, формы и количества плодов;
Повышение эффективности фотосинтеза;
Устойчивость к воздействию климатических факторов, засолению почв.

Хромосомная инженерия

Хромосомная инженерия – совокупность методик, позволяющих осуществлять манипуляции с хромосомами.

Одна группа методов основана на введении в генотип растительного организма пары чужих гомологичных хромосом, контролирующих развитие нужных признаков ( дополненные линии ),

или замещении одной пары гомологичных хромосом на другую ( замещенные линии ).

В полученных таким образом замещенных и дополненных линиях собираются признаки, приближающие растения к «идеальному сорту».

Хромосомная инженерия.

Метод гаплоидов

основан на выращивании гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом.

Например, из пыльцевых зерен кукурузы выращивают гаплоидные растения, содержащие 10 хромосом ( n = 10), затем хромосомы удваивают и получают диплоидные ( n = 20), полностью гомозиготные растения всего за 2–3 года вместо 6–8-летнего инбридинга.

Сюда же можно отнести и метод получения полиплоидных растений

Клеточная инженерия

Клеточная инженерия – конструирование клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции.

Методы клеточной инженерии

Культивирование –

Клонирование (реконструкция) – методы внедрения в соматическую клетку отдельных клеточных органоидов, ядра, цитоплазмы (частичная гибридизация)

метод сохранения (in vitro) и выращивания в специальных питательных средах клеток, тканей, небольших органов или их частей

Гибридизация – метод получения гибридов соматических клеток неродственных и филогенетически отдаленных видов

Культивирование

Метод культуры клеток и тканей – выращивание вне организма в искусственных условиях кусочков органов, тканей или отдельных клеток;

Этапы выращивания растений из клеток:

Разделение клеток друг от друга и помещение в питательную среду.
Интенсивное размножение и развитие клеток и возникновение каллуса.
Помещение каллуса на другую питательную среду и образование побега.
Пересадка нового побега в почву.

Например, выращивание женьшеня в искусственных условиях за 6 недель, на плантациях – 6 лет, в естественной среде – 50 лет.

Гибридизация

Посев на селективную среду, выжить на которой можно только, если есть определенный человеческий ген (например, ген А)

слияние

Клетка человека

Клетка мыши

В ходе клеточных делений в гибридной клетке утрачиваются все хромосомы человека, кроме одной (например, № 17)

Клетки выжили, значит ген А лежит в хромосоме 17

Гибридная клетка (гетерокарион)

Метод гибридизации соматических клеток

При определённых условиях происходит слияние двух разных клеток

в одну гибридную, содержащую оба генома объединившихся клеток.

Гибриды между опухолевыми клетками и лимфоцитами (гибридомы)

способны неограниченно долго делиться (т.е. они «бессмертны»), как

раковые клетки и, как лимфоциты, могут вырабатывать антитела.

Такие антитела применяют в лечебных и диагностических целях.

Схема клонирования (реконструкции)

Клонирование – точное воспроизведение какого-либо объекта. Объекты, полученные в результате клонирования, называются клонами (см. «Селекция животных).

Слайд 1

Селекция микроорганизмов Биотехнология

Слайд 2

Слайд 3

Слайд 4

Слайд 5

Биотехнология

Использование живых организмов и их биологических процессов в производстве необходимых человеку веществ. Объектами биотехнологии являются бактерии, грибы, клетки растительных и животных тканей. Их выращивают на питательных средах в специальных биореакторах.

Слайд 6

Области применения

Слайд 7

Слайд 8

Генная инженерия

Генная инженерия - совокупность методик, позволяющих выделять нужный ген из генома одного организма и вводить его в геном другого организма. Растения и животные, в геном которых внедрены «чужие» гены, называются трансгенными, бактерии и грибы - трансформированными. Традиционным объектом генной инженерии является кишечная палочка, бактерия, живущая в кишечнике человека. Именно с ее помощью получают гормон роста - соматотропин, гормон инсулин, который раньше получали из поджелудочных желез коров и свиней, белок интерферон, помогающий справиться с вирусной инфекцией.

Слайд 9

Процесс создания трансформированных бактерий включает этапы:

Рестрикция - «вырезание» нужных генов. Проводится с помощью специальных «генетических ножниц», ферментов - рестриктаз. Создание вектора - специальной генетической конструкции, в составе которой намеченный ген будет внедрен в геном другой клетки. Основой для создания вектора являются плазмиды. Ген вшивают в плазмиду с помощью другой группы ферментов - лигаз. Вектор должен содержать все необходимое для управления работой этого гена - промотор, терминатор, ген-оператор и ген-регулятор, а также маркерные гены, которые придают клетке-реципиенту новые свойства, позволяющие отличить эту клетку от исходных клеток. Трансформация - внедрение вектора в бактерию. Скрининг - отбор тех бактерий, в которых внедренные гены успешно работают. Клонирование трансформированных бактерий.

Слайд 10

Слайд 11

Слайд 12

Хромосомная инженерия

Хромосомная инженерия - совокупность методик, позволяющих осуществлять манипуляции с хромосомами. Одна группа методов основана на введении в генотип растительного организма пары чужих гомологичных хромосом, контролирующих развитие нужных признаков (дополненные линии), или замещении одной пары гомологичных хромосом на другую (замещенные линии). В полученных таким образом замещенных и дополненных линиях собираются признаки, приближающие растения к «идеальному сорту».

Слайд 13

Слайд 14

Клеточная инженерия

Клеточная инженерия - конструирование клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции. Клетки растений и животных, помещенные в питательные среды, содержащие все необходимые для жизнедеятельности вещества, способны делиться, образуя клеточные культуры. Клетки растений обладают еще и свойством тотипотентности, то есть при определенных условиях они способны сформировать полноценное растение. Следовательно, можно размножать растения в пробирках, помещая клетки в определенные питательные среды. Это особенно актуально в отношении редких или ценных растений.

Слайд 15

С помощью клеточных культур можно получать ценные биологически активные вещества (культура клеток женьшеня). Получение и изучение гибридных клеток позволяет решить многие вопросы теоретической биологии (механизмы клеточной дифференцировки, клеточного размножения и др.). Клетки, полученные в результате слияния протопластов соматических клеток, относящихся к разным видам (картофеля и томата, яблони и вишни и др.), являются основой для создания новых форм растений. В биотехнологии для получения моноклональных антител используются гибридомы - гибрид лимфоцитов с раковыми клетками. Гибридомы нарабатывают антитела, как лимфоциты, и обладают возможностью неограниченного размножения в культуре, как раковые клетки.

Слайд 16

Метод пересадки ядер соматических клеток в яйцеклетки позволяет получить генетическую копию животного, то есть делает возможным клонирование животных. В настоящее время получены клонированные лягушки, получены первые результаты клонирования млекопитающих.

Традиционная селекция микроорганизмов (в основном бактерий и грибов) основана на экспериментальном мутагенезе и отборе наиболее продуктивных штаммов. Но и здесь есть свои особенности. Геном бактерий гаплоидный, любые мутации проявляются уже в первом поколении. Хотя вероятность естественного возникновения мутации у микроорганизмов такая же, как и всех других организмов (1 мутация на 1 млн. особей по каждому гену), но очень высокая интенсивность размножения дает возможность найти полезную мутацию по интересующему исследователя гену. Традиционная селекция микроорганизмов

Генная инженерия Биотехнология использование живых организмов и их биологических процессов в производстве необходимых человеку веществ. Объектами биотехнологии являются бактерии, грибы, клетки растительных и животных тканей. Их выращивают на питательных средах в специальных биореакторах. Новейшими методами селекции микроорганизмов, растений и животных являются клеточная, хромосомная и генная инженерия. Генная инженерия основана на выделении нужного гена из генома одного организма и введении его в геном другого организма.

«Вырезании» генов проводят с помощью специальных «генетических ножниц», ферментов рестриктаз, затем ген "вшивают" в вектор плазмиду, с помощью которого ген вводится в бактерию. "Вшивание" осуществляется с помощью другой группы ферментов лигаз. Причем вектор должен содержать все необходимое для управления работой этого гена промотор, терминатор, ген- оператор и ген-регулятор. Кроме того, вектор должен содержать маркерные гены, которые придают клетке-реципиенту новые свойства, позволяющие отличить эту клетку от исходных клеток. Генная инженерия

Затем вектор вводится в бактерию, и на последнем этапе отбираются те бактерии, в которых введенные гены успешно работают. Излюбленный объект генных инженеров кишечная палочка, бактерия, живущая в кишечнике человека. Именно с ее помощью получают гормон роста соматотропин, гормон инсулин, который раньше получали из поджелудочных желез коров и свиней, белок интерферон, помогающий справиться с вирусной инфекцией. Генная инженерия

Бактерия Bacillus thuringiensis вырабатывает эндотоксин, разрушающий желудок насекомых и совершенно безвреден для млекопитающих. Из бактерии выделили этот ген и ввели его в в плазмиду почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens. Этой бактерией были заражены кусочки растительной ткани, выращиваемой на питательной среде. Генная инженерия

Через некоторое время плазмиды, несущие ген белка-токсина, внедрились в растительные клетки и ген встроился в ДНК растений. Затем из этих кусочков вырастили полноценные растения. Гусеницы насекомых вредителей погибали на этом растении. Описанным путем к настоящему времени получили формы картофеля, томатов, табака, рапса, устойчивые к разнообразным вредителям. Генная инженерия

Селекция микроорганизмов Молекулярные биологи передали винограду ген морозоустойчивости от дикорастущего родственника капусты брокколи. Получение морозостойкого сорта заняло всего год (вместо 30 лет). Трансгенные растения выращивают во многих странах мира. На первом месте по размеру площадей под трансгенными растениями находятся США, Аргентина и Китай. Больше всего земли занимают трансгенные соя, кукуруза, хлопок, рапс и картофель.

Подведем итоги: Основные методы традиционной селекции: Гибридизация (скрещивание) и отбор. Основные методы генной инженерии: Выделении нужного гена из генома одного организма и введении его в геном другого организма. Трансгенные организмы: Организмы, в которые введены «чужие» гены. Как называются ферменты для вырезания и вшивания генов? «Вырезании» генов проводят с помощью рестриктаз, «вшивание" осуществляется с помощью лигаз. Что такое вектор? Плазмида, с помощью которой гены вводятся в геном другого организма. Что должен содержать вектор? Все необходимое для управления работой этого гена промотор, терминатор, ген-оператор и ген-регулятор. Кроме того, вектор должен содержать маркерные гены, которые придают клетке-реципиенту новые свойства, позволяющие отличить эту клетку от исходных клеток. Как получили растения, которые не могут есть насекомые? Из бактерии Bacillus thuringiensis выделили ген, разрушающий желудок насекомых и ввели его в плазмиду почвенной бактерии. Этой бактерией были заражены кусочки растительной ткани, выращиваемой на питательной среде, из них вырастили полноценные растения.

Хромосомная инженерия Методы хромосомной инженерии. Эффективно используются в селекции растений. 1.Мы уже знакомы с получением полиплоидных растений в результате кратного увеличения хромосом. 2.Метод замещенных линий основан на замещении одной пары гомологичных хромосом на другую. 3.Метод дополненных линий основан на введении в генотип растительного организма пары чужих гомологичных хромосом, контролирующих развитие нужных признаков. С помощью этих методов в растениях собираются признаки, приближающие к созданию «идеального сорта». 4.Перспективен метод гаплоидов, основанный на выращивании гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом. Например, выращивают из пыльцевых зерен кукурузы гаплоидные растения, содержащие 10 хромосом, затем хромосомы удваивают и получают диплоидные (10 пар хромосом), полностью гомозиготные растения всего за 2 3 года вместо 6 8 летнего инбридинга.

Методы клеточной инженерии связаны с культивированием отдельных клеток в питательных средах, где они образуют клеточные культуры. Оказалось, что клетки растений и животных, помещенных в питательную среду, содержащую все необходимые для жизнедеятельности вещества, способны делиться. Клетки растений обладают еще и свойством тотипотентности, то есть при определенных условиях они способны сформировать полноценное растение. Клеточная инженерия

Продолжается работа по гибридизации клеток, получение гибридом. Например, разработана методика гибридизации протопластов соматических клеток. Удаляются клеточные оболочки и сливаются протопласты клеток организмов, относящихся к разным видам картофеля и томата, яблони и вишни. Перспективно создание гибридом, при котором осуществляется гибридизация лимфоцитов, образующие антитела, с раковыми клетками. В результате гибридомы нарабатывают антитела, как лимфоциты, и «бессмертны», как раковые клетки. Клеточная инженерия

Интересен метод пересадки ядер соматических клеток в яйцеклетки. Таким способом возможно клонирование животных, получение генетических копий от одного организма. В настоящее время получены клонированные лягушки, получены первые результаты клонирования млекопитающих. Клеточная инженерия

Повторение. Основные термины темы: На чем основан метод замещенных линий: На замещении одной пары гомологичных хромосом на другую. На чем основан метод дополненных линий: На введение в генотип пары гомологичных хромосом с нужными признаками. На чем основан метод гаплоидов: На выращивании гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом. На чем основан метод получения полиплоидов: На увеличении хромосомного набора, кратное гаплоидному. Используется колхицин. Что такое тотипотентность? Клетки растений при определенных условиях способны сформировать полноценное растение. Как можно использовать клеточные культуры? Из отдельных клеток можно вырастить полноценные растения.

Повторение. Основные термины темы: Как используется метод создания гибридом? Осуществляется гибридизация клеток разных видов, например, лимфоцитов, образующие антитела, с раковыми клетками. В результате гибридомы нарабатывают антитела, как лимфоциты, и «бессмертны», как раковые клетки. Как осуществляется клонирование животных? Ядро соматической клетки пересаживается в яйцеклетку, из которой предварительно удалили ядро. Яйцеклетка активируется и после начала дробления пересаживается в матку суррогатной матери. Как можно получить химерных животных? Возможно слияние эмбрионов на ранних стадиях. Таким способом были получены химерные мыши при слиянии эмбрионов белых и черных мышей, химерное животное овца-коза.

Напечатать

или

Похожие записи: