БиотехнологияСелекция микроорганизмов. Продукты жизнедеятельности прокариот и одноклеточных эукариот (бактерий, водорослей, дрожжевых и плесневых грибков) находят применение в различных областях промышленности и медицины. На деятельности микроорганизмов основано брожение теста, получение большинства молочных продуктов, квасов, виноделие, пивоварение, квашение капусты и многие другие древнейшие технологии.

Формы дрожжевых грибков и молочнокислых бактерий, позволяющие получать продукты наилучшего качества, выделяют путем селекции. Дрожжи успешно выращивают на отходах нефтепродуктов, гидролизатах древесины, на метаноле, этаноле, метане. В дрожжах содержится до 60% белков. Использование их в качестве кормового белка позволяет получать дополнительно до 1 млн. т мяса в год.

Большое значение в сельском хозяйстве имеет производство незаменимых аминокислот (не синтезирующихся в организмах животных). В традиционных кормах их недостаточно, поэтому приходится увеличивать количество пищи. Добавление в пищу 1 т синтезированной микробиологическим путем аминокислоты лизина экономит десятки тонн кормов.

Бактерии, плесневые и дрожжевые грибки производят для человека антибиотики, остро необходимые в современной медицине. Микроорганизмы способны синтезировать витамины В1, В12, которые не в состоянии вырабатывать организмы животных и человека. Методами современной селекции микроорганизмов интенсивно исследуются возможности получения важных в хозяйственном отношении веществ – органических кислот, спиртов, кетонов. Селекция направлена на создание генетических линий (штаммов), обеспечивающих максимальную производительность. Получены плесневые грибки, продуцирующие в тысячи раз больше антибиотиков, чем исходные формы.

С целью увеличения эффективности селекции диапазон Наследственной изменчивости исходных организмов иногда удается расширить применением методов искусственного Мутагенеза - облучением, воздействием специальных химических веществ.

Биотехнология. Так называют отрасль науки, занимающуюся разработкой методов промышленного использования Живых организмов и биологических процессов с целью получения необходимых для человека веществ. В огромных биореакторах на специальных питательных средах выращивают микроорганизмы (бактерии, грибки, дрожжи), продуцирующие белки, антибиотики, витамины, ферменты и т.д.

Нашлось применение бактериям и в металлургии. Традиционная технология выплавки металлов не позволяет использовать бедные или сложные по составу руды. Биотехнология металлов основана на способности бактерий окислять металлы и переводить их из руды в раствор. При окислении суль- фидных минералов в раствор переходит большинство цветных металлов. Таким путем человечество получает ежегодно сотни тысяч тонн меди. Подобным образом с помощью бактерий получают золото, серебро, уран. Себестоимость биотехнологической «плавки» в 2-3 раза ниже традиционной. Методы биотехнологии применяются и в селекции растений.

Культивирование клеток и тканей. На питательных средах, содержащих необходимые минеральные соли, фитогормоны, аминокислоты и некоторые другие вещества, способны расти и размножаться клетки многих растений. Это ускоряет и упрощает получение полезных веществ. Гораздо удобнее, например, выращивать культуру клеток необходимого для медицины корня женьшеня, чем многие годы ухаживать за целым растением.

Искусственное получение растений на основе явления регенерации. Из культуры клеток растений, способных размножаться вегетативно (картофель, клубника и пр.), оказалось возможным выращивать полноценные растения сразу с желаемыми свойствами. Если, например, требуется признак солеустойчивости, то в питательную среду добавляют увеличенное количество соли. Выжившие культуры сформируют солеустойчивый сорт. Отбору в данном случае подвергается не целое растение, а только клетки. Не выходя из комнаты, ученый может провести отбор у тысяч растений. Этот метод, кроме того, позволяет легко и быстро получить от единственного растения большое количество вегетативных потомков.

На специальных средах ученые выращивают растения из клеток пыльцевых зерен. Гаплоидный набор пыльцы искусственно делают диплоидным, в результате организм становится гомозиготным сразу по всем генам. Экономятся годы селекционных работ при получении чистых линий. Клеточная инженерия. Методы клеточной инженерии основаны на различных операциях с клетками. Для того, чтобы эффективно размножить потомство элитных пород животных, применяют методику так называемых суррогатных матерей. У исходной элитной особи специальными гормонами вызывают одновременное созревание большого числа яйцеклеток. После искусственного оплодотворения их помещают непородистым самкам для вынашивания. Известны случаи получения сразу 60 телят от одной коровы. Вместо яйцеклеток можно пересаживать отдельные бластомеры многоклеточного эмбриона. Потомство в этом случае называют клонами.

Иногда для клонирования из соматических клеток породистых особей берут только ядра и пересаживают в яйцеклетку обычных самок с предварительно удаленным собственным ядром. Первая успешная попытка клонирования млекопитающих была осуществлена в 1997 г. Для пересаживания в яйцеклетку использовались ядра клеток вымени взрослой овцы. В настоящее время получены клоны мышей, кроликов, обезьян, коров, свиней и даже человека.

Говорить о положительных результатах клонирования пока рано. Слишком часто у клонов кроме болезненности проявляются и другие существенные аномалии. Первый клон – овца Долли – с детства имела волчий характер, она старалась укусить всякого, кто к ней приближался. Ученые назвали ее «волком в овечьей шкуре». Одним из методов клеточной инженерии является гибридизация соматических клеток. В ее основе лежит процедура слияния цитоплазмы и ядер различных клеток. Таким способом можно получать гибриды, которые не образуются при межвидовом опылении. Такие гибриды обладают свойствами обоих видов. Гибридизацию соматических животных клеток широко используют для нужд медицины.

Неделящуюся клетку синтезирующую полезные вещества, гибридизуют с раковой клеткой, обладающей способностью непрестанно делиться, результате получается культура клеток, продуцирующих необходимые соединения. Так, при гибридизации неделящихся В-лимфоцитов, вырабатывающих антитела, с опухолевыми клетками получают культуру, производящую большое количество антител для приготовления сывороток. Генная инженерия с целью создания новых генетических конструкций использует совокупность методов, позволяющих Искусственно переносить генетическую информацию из одного организма в другой.

Суть процесса переноса генов (трансгенеза) состоит в следующем: выделенный ген встраивают в бактериальные плазмиды – автономные самореплицирующиеся кольцевые молекулы ДНК. Ген в составе плазмиды (вектора) вводят в бактерию, и он, не встраиваясь в геном, реплицируется и обеспечивает синтез нужного белка. Этим способом можно продуцировать многие белки, ферменты и гормоны человека, животного или растения. Кишечные палочки производят в необходимых для человечества количествах гормон инсулин и соматотропин (гормонроста), белок крови интерферон, подавляющий размножение вирусов, а также другие активные вещества и лекарственные препараты. Полученные посредством трансгенеза организмы называют трансгенными. По некоторым признакам трансгенные формы существенно превосходят исходные существа. Так, после дополнительного встраивания в генотип овец генов, кодирующих гормоны роста, вес животных увеличился в 1,5 раза.

Рассмотрим другие примеры. В природе существует бактерия (Bacillus thuringiensis), вырабатывающая эндотоксин, являющийся ядом для насекомых. Ген, кодирующий этот белок, был выделен и встроен в почвенную бактерию (Agrobacterium tumefaciens), обычно используемую для переноса генов в клетки растений. Бактерию внесли в культуру растительной ткани, и ген оказался встроенным в ДНК ее клеток. Выращенное из этой культуры растение насекомые в пищу употреблять не могут.

В 1995 г. в клетки картофеля удалось внедрить ген, кодирующий ядовитый для колорадских жуков белок. В результате картофель оказался устойчивым к колорадскому жуку. Аналогичным образом удалось получить устойчивые к сельскохозяйственным вредителям трансгенные формы томатов и рапса.

После внедрения в ДНК винограда гена морозоустойчивости от дикорастущего родственника – капусты брокколи, трансгенный виноград стал морозоустойчивым. Эта процедура заняла всего год. Обычно на выведение новых сортов винограда уходит 25-35 лет. В США, Аргентине и Китае существенные посевные площади заняты под трансгенные растения. В основном выращивают трансгенную сою, кукурузу, хлопок, рапс и картофель.

Если классическая селекция, используя гибридизацию и полиплоидию, остается в естественных природных рамках, то биотехнология, оперируя на уровне уже не сортов, а клеток, хромосом и отдельных генов, выходит далеко за пределы реально существующих природных закономерностей. Возникает немаловажный вопрос: каковы будут побочные эффекты? Для квалифицированного ответа необходимы длительные эксперименты на животных и серьезные исследования.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+