Конспект урока и презентация по теме: "Биотехнология, достижения и перспективы".

Биология 10 класс.

Луганская Наталья Владимировна ГУ ЛНР «ЛОУСОШ»26»

Тема урока: «Биотехнология, ее достижения и перспективы».

Цель урока: Рассмотреть особенности селекции микроорганизмов как основного метода биотехнологии; использование генной инженерии в разных отраслях промышленности, медицины.

Задачи урока:

• образовательные:

сформировать у учащихся знания о биотехнологии, генной инженерии

• -развивающие:

развивать интеллектуальные и творческие способности, а также способность к рефлексии

• - воспитательные:

способствовать патриотическому воспитанию (гордости за свою малую родину), воспитанию у учащихся позитивного отношения к учебе

Тип урока: изучение нового материала

Формы, методы:

• фронтальная форма;

• проблемный вопрос

• частично-поисковый метод;

• эвристическая беседа, основывающаяся на имеющихся знаниях обучающихся;

Оборудование:

• мультимедийный проектор, проектная доска, колонки, компьютер;

• презентация «Биотехнология. Генная инженерия»;

• раздаточный материал для закрепления темы

Ход урока:

Организационный момент.

I Актуализация знаний

Сегодня я хочу познакомить вас с очень интересной и увлекательной темой в биологии, но для начала давайте раскроем смысл данной цитаты.

II Изучение нового материала:

Запись в тетрадь темы урока

Древнеримский оратор Цицерон считал, что правильно построенная речь содержит ответы на семь вопросов: Что? Где? Когда? Зачем? Как? Чем? Почему?

Так их теперь и называют - "алгоритм Цицерона". А для того, чтобы Ваша речь всегда звучала правильно, работу над новой темой и терминами мы построим на принципе алгоритма Цицерона.

Запись в тетрадях. ЧИСЛО: Воспроизведение опорных знаний.

Изучение нового материала.

1-й вопрос в алгоритме Цицерона:

ЧТО? Что такое биотехнология? На первый взгляд непонятное слово «Биотехнология». Попробуем разложить это слово на 2 части: «био»-жизнь; «технология»- искусство, мастерство– это использование живых организмов для получения нужных человеку продуктов и материалов.

- Собственно сам термин "биотехнология" появился в нашем языке не так давно, вместо него употреблялись слова "промышленная микробиология", "техническая биохимия" и др

Биотехнология – это (дисциплина об) использовании живых объектов и биологических процессов в производстве

- Когда и кто впервые ввел термин «биотехнология»?

КОГДА? 1917г. Карл Эреки ввел термин «биотехнология», а связано это было с внедрением живых организмов в промышленное производство

Где жил ученый, который ввел термин «биотехнология»?

ГДЕ? Венгрия

ЗАЧЕМ? Зачем человеку биотехнология? Зачем (для чего?) использовать живые объекты и биологические процессы в производстве?

(для производства необходимых человеку продуктов и биологически активных соединений)

-Численность популяции любых видов живых организмов держится примерно на одном уровне, потому что на них действует ограничивающий фактор. У человека действие ограничивающего фактора ослаблено, так как он является биосоциальным существом.

Удвоение численности вида Человек разумный происходит с невероятно большой для планеты скоростью.

В 1980 г. на Земле насчитывалось 4,5 млрд. человек, от которых ежегодно рождается 80 млн. детей. В настоящее время на планете - 6 млрд. человек. 10 млрд. человек Земля не прокормит, и встанет вопрос о регуляции численности населения! Чтобы этого не произошло, нужно удовлетворять возрастающие потребности людей в продуктах питания.

Всех их надо одевать, поить, кормить, лечить... Какие бы мы не выводили высокопродуктивные сорта растение и породы животных, Земля не в состоянии прокормить 10 млрд. человек. Тогда перед человечеством станет вопрос о регуляции численности людей. Страшно даже подумать о том, какими методами это будет достигаться, и что будет твориться.

К счастью недавно появилась многоотраслевая наука - это биотехнология.

Человек издавна использовал живые организмы для получения необходимой продукции, но сначала делал это далеко не в промышленных масштабах. Среди этих организмов одноклеточные грибы (пекарские и пивные дрожжи), молочнокислые бактерии.

Вероятно, древнейшим биотехнологическим процессом было брожение, древние люди получали с помощью этого процесса вино, квас, кисломолочные продукты, пекли хлеб.

-А теперь давайте вместе вспомним:

Кто такие микроорганизмы?

Микроорганизмы – это группа организмов, имеющая микроскопические размеры и состоящие в основном из одной клетки.

Открыты в 17 веке А.Левенгуком. Среди микроорганизмов – представители разных царств живой природы, относящихся к прокариотам (бактерии и сине-зеленые водоросли), к эукариотам (микроскопические грибы, микроскопические формы водорослей и простейших). Большинство микроорганизмов – одноклеточные организмы.

- Какими преимуществами обладают микробы перед другими организмами?

Самостоятельная работа с текстом.

Проанализируйте следующие данные. Сделайте вывод, о том какие организмы более выгодно использовать для получения белка. Почему?

-Одна корова с живой массой в 500 кг за сутки образует около 0,5 кг белка;

-Соя массой 500 кг за сутки образует 5 кг белка;

-Дрожжи массой 500 кг за сутки вырабатывают в биореакторе 50 тонн белка.

Микробная клетка потребляет дешевые вещества – крахмальные растворы, сточные воды, нефтепродукты и др. вещества. Корове требуются хорошие и, следовательно, дорогие корма.

Вывод:

1)микроорганизмы обладают высокой продуктивностью;

2)микроорганизмы выращивают на дешевых субстратах.

3)высокая скорость получения нужной продукции.

№2
-И вот только теперь мы подошли к ответу на вопрос ЧЕМ? из алгоритма Цицерона.

Давайте посмотрим, ЧЕМ пользуется биотехнология для достижения своей основной задачи? Другими словами, какими методами эти задачи достигаются?

Запишем в тетради таблицу:

Традиционная биотехнология

Одним из самых древних биотехнологических производств считают хлебопечение, при котором используется спиртовое брожение, вызываемое одноклеточными грибами – дрожжами.

К традиционной биотехнологии также относится и производство молочнокислых продуктов, основанное на использовании молочнокислого брожения – разложения сахара до молочной кислоты молочнокислыми бактериями: С₆Н₁₂О₆ → 2 С₃Н₆О₃. В зависимости от особенностей процесса, получаются разные продукты.

Производство сыра рассмотрим подробнее. Оно состоит из нескольких этапов.

Первый этап – образование казеинового сгустка. Молоко сквашивается и свертывается с помощью молочнокислых бактерий в сочетании с сычужным ферментом телят. Чаще всего используются молочнокислые стрептококки: Str. lactis, Str. thermophilus, молочнокислые палочки Lact. helvetcus, часто используют также пропионовокислые бактерии, а для некоторых сыров (для рокфора, например) используют микроскопические грибы – Pen. roqueforti.

Второй этап – обработка казеинового сгустка. Сгусток дробят при нагревании: он обезвоживается и образуется сырное зерно – белковые частицы размером 3–6 мм. В них находится большая часть микроорганизмов, а меньшая остается в сыворотке.

Третий этап – прессование сырного зерна в формах: 2–12 ч зерна обрабатывают пневматическим прессом для уплотнения, после прессования зерна соединяются в крупные куски – монолиты шаровидной, цилиндрической, прямоугольной и др. форм.

Четвертный этап – посол в солильных бассейнах. Чтобы придать продукту определенный вкус, сыр выдерживают 6–8 суток в растворе соли (22–24%) при 8–10 °С: соль способствует образованию корки, кроме того, соль и такая температура замедляют деятельность бактерий.

Пятый этап – созревание продукта в сырохранилищах. В среднем сыр созревает 8–10 месяцев, находясь на стеллаже в прохладной камере с температурой 12–14 °С при влажности воздуха около 90%. Каждые 2–3 дня его переворачивают. По мере созревания сыра микроорганизмы гибнут.

Примером традиционной биотехнологии может служить и виноделие. Вино – продукт спиртового брожения виноградного или плодово-ягодного сока с помощью дрожжей: С₆Н₁₂О₆ → 2 С₂Н₅ОН + 2 СО₂.

Новейшая биотехнология

Микробиологический синтез витаминов

Так получают витамины группы В: дрожжи способны к синтезу витамина В₁, дрожжи из рода Candida продуцируют витамин В₂, актиномицеты и пропионовокислые бактерии синтезируют витамин В₁₂ и т.д.

Получение антибиотиков

Пенициллин (нарушает образование клеточных стенок у бактерий при их делении) синтезируется плесневым грибом Penicillium chrisogenum, стрептомицин (подавляет дыхательные системы у бактерий) и тетрациклин (подавляет синтез белков у бактерий) – актиномицетами и стрептомицетами. Известно около 6 тыс. антибиотиков природного происхождения и, кроме того, получают еще и полусинтетические антибиотики.

Эра антибиотиков началась в 1871–1872 гг., когда русские врачи В.А. Манассеин (1841–1901) и А.Г. Полотебнов (1838–1907) опубликовали статьи о подавлении роста бактерий плесневыми грибами. Они показали, что плесневые грибы можно использовать для лечения долго незаживающих ран в виде примочек, т.к. химически чистые вещества в те времена еще получать не могли. Результаты были очень хорошими, но были и побочные явления: не было стерильности, в рану попадал и мицелий, и споры, что приводило к нежелательным последствиям.

В 1927–1929 гг. английский ученый А.Флемминг занимался изучением стафилококков и заметил, что в чашках Петри, в которые попала зеленая плесень Penicillium notatum, стафилококки задерживали свой рост. Он назвал вещество, выделяемое плесенью, пенициллином, но в чистом виде его выделить не удалось. Только в 1940–1941 гг. американские ученые Флори и Чейн получили химически чистый препарат пенициллина. В 1941 г. Зинаидой Виссарионовной Ермольевой (прототип Татьяны Власенковой в романе В.Каверина «Открытая книга»), независимо от американских ученых, из культуры Penicillium crustosum был получен советский пенициллин. ПЕНИЦИЛИУМ НОТАТУМ. Это открытие помогло спасти сотни тысяч солдатских жизней, умирающих от гангрены, возбудителем которого был золотистый стафилококк В годы войны специальная бригада врачей под руководством Н.Н. Бурденко провела испытания пенициллина в полевых условиях: ни у одного из 500 тяжелораненых, получавших пенициллин, не возникло обычных тогда осложнений в виде газовой гангрены или сепсиса.

Способность бактерий, грибов, актиномицетов синтезировать антибиотики – это защитное приспособление: синтез идет только в неблагоприятных условиях, поэтому при производстве антибиотиков нужно создать эти самые неблагоприятные условия (добавляют соль, изменяют состав воздуха и т.д.).

- Кто знает, что такое генная инженерия? Из курса генетики вам известно, что ген-это участок молекулы ДНК, ответственный за проявление признака.

Инженерия- это конструирование. Таким образом, Генная инженерия – это направление биотехнологии, основано на выделении нужного гена из генома одного организма и введении его с помощью микроорганизмов в геном другого организма.

Генная инженерия – это совокупность методов, позволяющих переносить генетическую информацию из одного организма в другой.

Трансгенез – перенос генов

№6 -№9.(Сообщение 1).
- Познакомимся с некоторыми примерами достижений генной инженерии.

№10. Генетически модифицированные помидоры, морозоустойчивые, устойчивые к транспортировке. Их новым свойством стала способность месяцами лежать в недоспелом виде при температуре 12 градусов. Но как только такой помидор помещают в тепло, он за несколько часов становится спелым. Но: человек, не переносящий рыбу и съевший помидор «из пробирки», начинал страдать от аллергии: для повышения морозоустойчивости овоща в него был «пересажен » ген океанской камбалы.

Изменение генов позволяет вывести кур устойчивых к такому заболеванию как сальмонеллез, повышать кладку яиц.

№11 КАРТОФЕЛЬ: в него был имплантирован ген бактерии, которая вырабатывала яд, смертельный для колорадского жука – молодые побеги, не успев вылезть из земли, сами начинают бороться с вредителями (ген бактериальный ген -Bt)

КАРТОФЕЛЬ: с человеческим интерфероном крови, который повышает иммунитет.

СУПЕРЛОСОСЬ - вырастают в 10 раз быстрее

СВИНИНА без холестерина, содержит меньше

МОЛОКО – коровы могут давать с содержанием различных полезных веществ

ВМЕСТО ЯДОХИМИКАТОВ: в вирус встраивают ген ядовитого скорпиона и опыляют посевы от вредителей

ОВЦЫ: недавно в Москве получен патент на овцу, у которой в молоке присутствует сычужный фермент, необходимый для производства сыра. Специалисты утверждают, что при новой технологии производства сыра, достаточно будет всего 200 овец, чтобы обеспечить сыром всю Россию.

Флюресцентные крысы, кролики, традесканции, ирисы, тюльпаны

Генные сорта сельскохозяйственных культур дают урожай больше, чем обычные, в среднем в 4 раза.

ГМО используются и в пищу:

Томатное пюре — первый генетически модифицированный пищевой продукт, появившийся в Европе в продаже (в 1996 году).

К сожалению, на первых этапах внедрения ГМО – они не были достаточно хорошо исследованы и могли приводить к различным негативным послед-ям (аллергия на рыбу + на помидоры, экологические катастрофы) Сейчас ведутся тщательные исследования, перед тем, как сорт запускается в с/х и на продажу.

№12

- Обратите внимание, чья продукция содержит трансгенные компоненты:

Nestle (Нестле) — производит шоколад, кофе, кофейные напитки, детское питание

Hershey’s (Хёршис) — производит шоколад, безалкогольные напитки

Coca-Cola (Кока-Кола) — Кока-Кола, Спрайт, Фанта, тоник “Кинли”

McDonald’s (Макдональдс) — сеть “ресторанов” быстрого питания

Danon (Данон) — производит йогурты, кефир, творог, детское питание

Cadbury (Кэдбери) — производит шоколад, какао

Mars (Марс) — производит шоколад Марс, Сникерс, Твикс

PepsiCo (Пепси-Кола) — Пепси, Миринда, Севен-Ап

№13 Соя — древнейшее культурное растение семейства бобовых. Возделывать её начали в Китае, откуда соя попала в другие азиатские страны. В Европе она не прижилась, а в Америке распространена очень широко. Сегодня почти половина мировых посевов сои сосредоточено в США. Популярность продуктов из сои, соевого масла с каждым годом растёт. Соя — самое „трансгенное“ растение в мире. В США около 75% её посевных площадей засеяны генетически модифицированными сортами, а, например, в Аргентине они составляют 99%!

Рапс масличный в диком виде не встречается. Возник в результате естественного скрещивания капусты листовой и полевой; внешне напоминает сурепку. В настоящее время рапс — основная масличная культура во многих странах мира, а также частый объект генетической модификации.

Бабочка-монарх — символ движения противников генетически модифицированных растений. В 1999 году в научной печати появилось сообщение, что смертность личинок этого насекомого возрастает, если они питаются листьями трансгенной кукурузы. Однако в 2001 году Верховный суд США опроверг этот факт. Оказалось, что пыльца трансгенной кукурузы для личинок не опасна. А вот от инсектицидов они действительно погибают.

Нужны ли нам трансгенные продукты? Это спорный вопрос.

«Пищей Франкенштейна» назвали трансгенные (генетически модифицированные) продукты британские журналисты, проводя аналогию с опытом Франкенштейна (из романа М.Шелли «Франкенштейн»), чья благородная попытка создать человека, закончилась появлением монстра, который вышел из-под контроля создателя.

Ученые и медики спохватились и стали проводить экспертизы. Но остановить «генный паровоз», мчащийся на всех парах, было уже невозможно. Сегодня в США насчитывается более 100 наименований генетически модифицированных продуктов – «трансгенов». Это соя, кукуруза, рис, картофель, помидоры, сахарная свекла, пшеница, горох, подсолнечник и др. Среди животных их гораздо меньше. К ним относятся, например, светящийся в темноте кролик, получивший от медузы ген, отвечающий за флуоресценцию, лосось, который может жить как в соленой, так и в пресной воде.

Генетически модифицированные ингредиенты (ГМИ) входят в состав многих продуктов питания. Так, например, генетически модифицированная (ГМ) кукуруза добавляется в кондитерские и хлебобулочные изделия, безалкогольные напитки. ГМ соя входит в состав рафинированных масел, маргаринов, жиров для выпечки, соусов для салатов, майонезов, макаронных изделий, вареных колбас, кондитерских изделий, белковых биодобавок, кормов для животных и даже детского питания. ГМ картофель используется для приготовления чипсов.

Нужны ли нам трансгенные продукты? Это спорный вопрос. Сторонники ГМ продуктов (ГМП) утверждают, что:

– они спасут растущее население Земли от голода, ведь генетически модифицированные растения могут существовать на менее плодородных почвах и давать богатый урожай, а затем долго храниться;

– уже появились растения с противовирусной «начинкой», как, например, табак, в генетический код которого «вмонтирован» человеческий ген, отвечающий за выработку антител к вирусу кори.

Противники ГМП высказывают опасения, что:

– генетическая технология еще несовершенна и процесс встраивания нового гена недостаточно точен, т.е. невозможно с достоверностью предвидеть его местоположение в геноме клетки хозяина;

– все испытания ГМП были краткосрочными, а их негативное воздействие может проявляться через длительное время или отражаться на потомстве;

– не известно, как «новые растения» повлияют на экологический баланс в мире; например, при перекрестном опылении сорняки могут получить от генетически модифицированных организмов ген устойчивости к вредителям и пестицидам и тогда размножение сорняков будет неконтролируемым, саморегуляция в экосистеме нарушится; могут появиться более патогенные вирусы и штаммы микроорганизмов.

Опасения по поводу ГМП могут быть как оправданными, так и преувеличенными. В любом случае каждому следует подумать о непредсказуемых последствиях и самому принять решение, употреблять генетическую пищу или нет.

Практические достижения современной генной инженерии:

- Созданы банки генов, или клонотеки, представляющие собой коллекции клонов бактерий. Каждый из этих клонов содержит фрагменты ДНК определенного организма (дрозофилы, человека и других).

– На основе трансформированных штаммов вирусов, бактерий и дрожжей осуществляется промышленное производство инсулина, интерферона, гормональных препаратов. На стадии испытаний находится производство белков, позволяющих сохранить свертываемость крови при гемофилии, и других лекарственных препаратов.

– Созданы трансгенные высшие организмы (некоторые рыбы и млекопитающие, многие растения) в клетках которых успешно функционируют гены совершенно других организмов. Широко известны генетически модифицированные растения (ГМР), устойчивые к высоких дозам определенных гербицидов, а также Bt-модифицированные растения, устойчивые к вредителям.

– Разработаны методы клонирования строго определенных участков ДНК, например, метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). ПЦР-технологии применяются для идентификации определенных нуклеотидных последовательностей, что используется при ранней диагностике некоторых заболеваний, например, для выявления носителей ВИЧ-инфекции.

Возможности генной инженерии практически безграничны. В настоящее время интенсивно изучается возможность коррекции генома человека (и других организмов) при генетических и негенетических заболеваниях.

Генные инженеры очень любят использовать в своих опытах бактерий. И самым излюбленным объектом является кишечная палочка. Кишечная палочка- обитает в кишечнике теплокровных животных и человека, в норме синтезирует витамин К, необходимый для свертывания крови. При избытке киш.пал способна вызывать острый дисбактериоз, отравления и колиты.

Поговорим о полезности этого маленького микробика: с помощью него были получены ряд важнейших гормонов человеческого организма:

1) инсулин –гормон поджелудочной железы, нормализующий уровень сахара в крови. Необходим больным сахарным диабетом. Раньше инсулин получали из поджел. желез умерших свиней и коров. Теперь цена этого гормона намного подешевела.

2) соматропин- гормон роста, выделяемый гипофизом. Необходим больным карликовостью, чтобы отрегулировать рост и развитие.

3) интерферон- гормон, повышающий иммунитет человека и стойкость к различным вирусным возбудителям ( ОРВИ,ОРЗ,грипп)

- А теперь, остановимся на методах генной инженерии. Существует огромное разнообразие методов.Познакомимся с наиболее важными из них.

№ 2 метод –это Клонирование. Конечно же, каждый из вас слышал это слово. Как вы думаете, что такое клонирование? С каким аппаратом у вас ассоциируется слово «Клонирование»?( копировальный аппарат)

Таким образом, Клонирование – это метод пересадки ядра обычной клетки в яйцеклетку, при котором получают генетические копии. Разберем механизм клонирования.

Об овечке Долли слышали, наверно, все. Слава ее велика. Вместе с удивительной историей этого животного многие впервые услышали слово «клон» и решили, что именно с Долли началась история клонирования. Но это те так.

Начнем с того, что термин «клон» в переводе с греческого означает «черенок» или «веточка», а также ряд поколений наследственно однородных потомков одной особи. Черенкование самой обычной малины или пересадка усов у садовой земляники – это клонирование, но не на клеточном уровне. В лабораторных условиях из соматических клеток любых тканей растений можно получить взрослое полноценное растение (морковь, томаты, табак). Целое растение можно получить и из изолированной клетки под воздействием растительных гормонов – этим занимается клеточная инженерия.

Гораздо труднее обстоит дело с клонированием животных. Позвоночные животные, например, в процессе эволюции утратили способность воспроизводить потомство бесполым путем, т.е. делением соматических клеток, а беспозвоночные наряду с половым размножением могут размножаться путем деления клеток и создавать идентичные клоны (например, это размножение амебы: она производит несколько тысяч клеток, генетически идентичных ей самой, которые и называют клоном; если разрезать белую планарию на несколько десятков частей, то из каждого кусочка вырастет новый организм – это тоже клонирование). Долли получила такую известность, потому что она – первое успешно клонированное млекопитающее.

В 1997 г. шотландский ученый Ян Вильмут с коллегами опубликовали результаты успешных экспериментов по генетическому клонированию овцы. Попробуем разобраться в механизме появления Долли на свет. У этой овечки нет отца, но зато три матери:

– овца породы финский дорсет, давшая свой генетический материал (из клеток тканей молочной железы этой взрослой овцы извлекли соматические ядра);

– овца породы шотландская черномордая, от которой взяли яйцеклетку (из ее яйцеклетки удалили гаплоидное ядро и поместили туда диплоидное ядро из клетки первой овцы);

– овца-реципиент породы шотландская черномордая, которая выносила за 148 дней знаменитого ягненка (ей трансплантировали образовавшуюся диплоидную зиготу, которую предварительно стимулировали к дроблению электрошоком).

Какая же из них «настоящая» (биологическая) мать? Конечно, первая овечка, из клетки которой было взято ядро. С точки зрения генетики, Долли – точная копия (клон) именно этой овцы. Интересно, что эта настоящая мать умерла за 3 года до рождения свой дочери.

Эксперименты по трансплантации ядер, культивированию зародышей и пересадке их в организм матери технически очень сложные: экcпериментаторы использовали 256 яйцеклеток, прежде чем удалось получить одну живую овечку Долли массой 6,6 кг. К 2002 г. сама Долли произвела на свет естественным способом четырех нормальных ягнят. Ей самой исполнилось к этому времени 6 лет и у нее обнаружили заболевания, которые обычно проявляются в глубокой старости: очень сильный артрит (болезнь суставов), отчего она практически не могла сама передвигаться, а также заболевание легких и резкое старение клеток. Это было, по-видимому, связано с биологическим возрастом Долли (6,5 лет по «паспорту» + 6 лет донорской клетки, т.к. ядро было взято из клетки взрослой шестилетней овцы, в итоге это 12,5 лет жизни). Поэтому 14 февраля 2003 г. ученые усыпили первую клонированную овечку.

Ученые разных стран мира надеялись, что ткани Долли после ее усыпления будут предоставлены в лаборатории разных стран для исследований, но знаменитая овечка была кремирована.

В настоящее время внимание многих исследователей привлекают эксперименты по клонированию свиней, т.к. органы свиньи (сердце, печень, почки) по многим анатомическим и физиологическим показателям близки к человеческим и могут быть использованы для трансплантации. Получение генетически модифицированных свиней с инактивированными определенными генами позволит избежать отторжения пересаженных органов иммунной системой.

Группе ученых под руководством Геральда Шаттена из Орегонского университета в Портленде (США) удалось клонировать макаку-резус Тетру. Кубота (Япония) и Янг (США) из клеток ушной раковины быка получили шесть телят. Из уха трагически погибшей последней представительницы вымершего вида испанских горных коз генетиками были взяты клетки для последующего клонирования. Японские ученые из стволовых эмбриональных клеток вырастили глаза и уши лягушки. Виталий Алексеев и его коллеги (США) получили мышь-альбиноса с несколькими цветными шерстинками. Инго Потрикус (Швейцария) и Питер Вайер (Германия) создали особый сорт риса, в 300 г которого содержится дневная норма (для человека) витамина А.

Клонирование животных в будущем, возможно, позволит возродить давно погибшие виды животных, воспроизводить многочисленные генетические копии выдающихся по продуктивности животных-рекордистов и многое другое.

№2 метод - Культивирование клеток

№3 метод - Создание ГМО. Иначе, это мутанты, созданные в результате комбинации генов разных организмов.

получены ГМ картофель, помидоры, устойчивые к насекомым- вредителям.

а также получены разные сорта клубники со вкусом ананаса и синяя морозостойкая с геном арктических рыб.

Экономическое значение использования генной инженерии заключается в том, что в настоящее время получают различные формы сел.-хоз.культур, которые сочетают в себе гены других организмов и это позволяет им созревать за максимально короткое время, и это в свою очередь может решить одну из проблем планеты –проблема голода в малоразвитых странах, например, Африки.

-А теперь посмотрим,что вы же запомнили из этого урока. В начале урока я раздала вам листочки с заданием. Теперь вам нужно выполнить задание: вставить пропущенные слова предложениях.

Закрепление материала. Вставить пропущенные слова в предложениях.

Домашнее задание: выучить конспект, кроссворд на тему «Биотехнология».

(Сообщение 1).
- Познакомимся с некоторыми примерами достижений генной инженерии.

Генетически модифицированные помидоры, морозоустойчивые, устойчивые к транспортировке. Их новым свойством стала способность месяцами лежать в недоспелом виде при температуре 12 градусов. Но как только такой помидор помещают в тепло, он за несколько часов становится спелым. Но: человек, не переносящий рыбу и съевший помидор «из пробирки», начинал страдать от аллергии: для повышения морозоустойчивости овоща в него был «пересажен» ген океанской камбалы.

Изменение генов позволяет вывести кур устойчивых к такому заболеванию как сальмонеллез, повышать кладку яиц.

КАРТОФЕЛЬ: в него был имплантирован ген бактерии, которая вырабатывала яд, смертельный для колорадского жука – молодые побеги, не успев вылезть из земли, сами начинают бороться с вредителями (ген бактериальный ген -Bt)

КАРТОФЕЛЬ: с человеческим интерфероном крови, который повышает иммунитет.

СУПЕРЛОСОСЬ - вырастают в 10 раз быстрее

СВИНИНА без холестерина, содержит меньше

МОЛОКО – коровы могут давать с содержанием различных полезных веществ

ВМЕСТО ЯДОХИМИКАТОВ: в вирус встраивают ген ядовитого скорпиона и опыляют посевы от вредителей

ОВЦЫ: недавно в Москве получен патент на овцу, у которой в молоке присутствует сычужный фермент, необходимый для производства сыра. Специалисты утверждают, что при новой технологии производства сыра, достаточно будет всего 200 овец, чтобы обеспечить сыром всю Россию.

Флюресцентные крысы, кролики, традесканции, ирисы, тюльпаны.

Генные сорта сельскохозяйственных культур дают урожай больше, чем обычные, в среднем в 4 раза.

ГМО используются и в пищу:

Томатное пюре — первый генетически модифицированный пищевой продукт, появившийся в Европе в продаже (в 1996 году).

К сожалению, на первых этапах внедрения ГМО – они не были достаточно хорошо исследованы и могли приводить к различным негативным послед-ям (аллергия на рыбу + на помидоры, экологические катастрофы) Сейчас ведутся тщательные исследования, перед тем, как сорт запускается в с/х и на продажу.

Сообщение 2

Обратите внимание, чья продукция содержит трансгенные компоненты:

Nestle (Нестле) — производит шоколад, кофе, кофейные напитки, детское питание

Hershey’s (Хёршис) — производит шоколад, безалкогольные напитки

Coca-Cola (Кока-Кола) — Кока-Кола, Спрайт, Фанта, тоник “Кинли”

McDonald’s (Макдональдс) — сеть “ресторанов” быстрого питания

Danon (Данон) — производит йогурты, кефир, творог, детское питание

Cadbury (Кэдбери) — производит шоколад, какао

Mars (Марс) — производит шоколад Марс, Сникерс, Твикс

PepsiCo (Пепси-Кола) — Пепси, Миринда, Севен-Ап

Соя — древнейшее культурное растение семейства бобовых. Возделывать её начали в Китае, откуда соя попала в другие азиатские страны. В Европе она не прижилась, а в Америке распространена очень широко. Сегодня почти половина мировых посевов сои сосредоточено в США. Популярность продуктов из сои, соевого масла с каждым годом растёт. Соя — самое „трансгенное“ растение в мире. В США около 75% её посевных площадей засеяны генетически модифицированными сортами, а, например, в Аргентине они составляют 99%!

Рапс масличный в диком виде не встречается. Возник в результате естественного скрещивания капусты листовой и полевой; внешне напоминает сурепку. В настоящее время рапс — основная масличная культура во многих странах мира, а также частый объект генетической модификации.

Бабочка-монарх — символ движения противников генетически модифицированных растений. В 1999 году в научной печати появилось сообщение, что смертность личинок этого насекомого возрастает, если они питаются листьями трансгенной кукурузы. Однако в 2001 году Верховный суд США опроверг этот факт. Оказалось, что пыльца трансгенной кукурузы для личинок не опасна. А вот от инсектицидов они действительно погибают.

:

Древнеримский оратор Цицерон считал, что правильно построенная речь содержит ответы на семь вопросов :

• Как?
• Чем?
• Почему?

Биотехнология

• Биотехнология – это использование живых объектов и биологических процессов в производстве
• 1917г – Карл Эрике вводит термин «биотехнология»
• В Венгрии
• Для получения необходимых человеку продуктов и биологически активных соединений

Как?

Чем?

Почему?

ЧТО?

КОГДА?

ГДЕ?

ЗАЧЕМ?

Кто такие микроорганизмы?

• Микроорганизмы – это группа организмов, имеющая микроскопические размеры и состоящие в основном из одной клетки.

Проанализируйте следующие данные. Сделайте вывод, о том какие организмы более выгодно использовать для получения белка. Почему?

- Одна корова с живой массой в 500 кг за сутки образует около 0,5 кг белка;

-Соя массой 500 кг за сутки образует 5 кг белка;

-Дрожжи массой 500 кг за сутки вырабатывают в биореакторе 50 тонн белка.

Микробная клетка потребляет дешевые вещества – крахмальные растворы, сточные воды, нефтепродукты и др. вещества. Корове требуются хорошие и, следовательно, дорогие корма.

• Вывод:
• 1)микроорганизмы обладают высокой продуктивностью;
• 2)микроорганизмы выращивают на дешевых субстратах.
• 3)высокая скорость получения нужной продукции.

Давайте посмотрим, ЧЕМ пользуется биотехнология для достижения своей основной задачи? Другими словами, какими методами эти задачи достигаются? Запишем в тетради таблицу:

Традиционная биотехнология

Новейшая биотехнология

Производства с использованием дрожжей. Получение молочнокислой продукции.

Производство антибиотиков, ферментов, витаминов. Генная инженерия. Клеточная инженерия.

Традиционная биотехнология

- хлебопечение, при котором используется спиртовое брожение, вызываемое одноклеточными грибами – дрожжами.

-производство молочнокислых продуктов, основанное на использовании молочнокислого брожения – разложения сахара до молочной кислоты молочнокислыми бактериями:

С 6 Н 12 О 6  → 2 С 3 Н 6 О 3 .

В зависимости от особенностей процесса, получаются разные продукты ( кефир, йогурт, сметану…)

Производство сыра  рассмотрим подробнее. Оно состоит из нескольких этапов.

• Первый этап  – образование казеинового сгустка. Молоко сквашивается и свертывается с помощью молочнокислых бактерий в сочетании с сычужным ферментом телят. Чаще всего используются молочнокислые стрептококки, а для некоторых сыров (для рокфора, например) используют микроскопические грибы –  Pen. roqueforti .
• Второй этап  – обработка казеинового сгустка. Сгусток дробят при нагревании: он обезвоживается и образуется сырное зерно – белковые частицы размером 3–6 мм. В них находится большая часть микроорганизмов, а меньшая остается в сыворотке.
• Третий этап  – прессование сырного зерна в формах: 2–12 ч зерна обрабатывают пневматическим прессом для уплотнения, после прессования зерна соединяются в крупные куски – монолиты шаровидной, цилиндрической, прямоугольной и др. форм.
• Четвертный этап  – посол в солильных бассейнах. Чтобы придать продукту определенный вкус, сыр выдерживают 6–8 суток в растворе соли (22–24%) при 8–10 °С: соль способствует образованию корки, кроме того, соль и такая температура замедляют деятельность бактерий.
• Пятый этап  – созревание продукта в сырохранилищах. В среднем сыр созревает 8–10 месяцев, находясь на стеллаже в прохладной камере с температурой 12–14 °С при влажности воздуха около 90%. Каждые 2–3 дня его переворачивают. По мере созревания сыра микроорганизмы гибнут.

Примером традиционной биотехнологии может служить и   виноделие . Вино – продукт спиртового брожения виноградного или плодово-ягодного сока с помощью дрожжей :

С 6 Н 12 О 6   → 2 С 2 Н 5 ОН + 2 СО 2 .

Этано́л (эти́ловый спирт, метилкарбино́л, ви́нный спирт или алкого́ль, часто в просторечии просто «спирт»

Новейшая биотехнология

Микробиологический синтез витаминов

Так получают витамины группы В: дрожжи способны к синтезу витамина В 1 , дрожжи из рода  Candida  продуцируют витамин В 2 , актиномицеты и пропионовокислые бактерии синтезируют витамин В 12  и т.д.

Получение антибиотиков  

Антибиотики – это вещества микробного происхождения, убивающие другие микроорганизмы или тормозящие их развитие (т.е. обладающие бактерицидным или бактериостатическим действием).

Пенициллин (нарушает образование клеточных стенок у бактерий при их делении) синтезируется плесневым грибом  Penicillium chrisogenum , стрептомицин (подавляет дыхательные системы у бактерий) и тетрациклин (подавляет синтез белков у бактерий) – актиномицетами и стрептомицетами.

Эра антибиотиков началась в 1871–1872 гг., когда русские врачи

В.А. Манассеин (1841–1901) и А.Г. Полотебнов (1838–1907) опубликовали статьи о подавлении роста бактерий плесневыми грибами.

В 1941 г. Зинаидой Виссарионовной Ермольевой (прототип Татьяны Власенковой в романе В.Каверина «Открытая книга»), независимо от американских ученых, из культуры  Penicillium crustosum  был получен советский пенициллин. ПЕНИЦИЛИУМ НОТАТУМ.

Генная инженерия

направление биотехнологии, основано на выделении нужного гена из генома одного организма и введении его с помощью микроорганизмов в геном другого организма.

Трансгенез

Метод-создание ГМО

Заслуга генных инженеров:

Картофель, содержащий «ген скорпиона»

• Белая клубника со вкусом ананаса

Обратите внимание, чья продукция содержит трансгенные компоненты:

Nestle (Нестле) — производит шоколад, кофе, кофейные напитки, детское питание

Hershey ’ s (Хёршис) — производит шоколад, безалкогольные напитки

Coca-Cola (Кока-Кола) — Кока-Кола, Спрайт, Фанта, тоник “ Кинли ”

McDonald ’ s (Макдональдс) — сеть “ ресторанов ” быстрого питания

Danon (Данон) — производит йогурты, кефир, творог, детское питание

Cadbury (Кэдбери) — производит шоколад, какао

Mars (Марс) — производит шоколад Марс, Сникерс, Твикс

PepsiCo (Пепси-Кола) — Пепси, Миринда, Севен-Ап

Рапс масличный в диком виде не встречается. В настоящее время рапс — основная масличная культура во многих странах мира, а также частый объект генетической модификации.

Соя — самое „трансгенное“ растение в мире. В США около 75% её посевных площадей засеяны генетически модифицированными сортами, а, например, в Аргентине они составляют 99%!

Бабочка-монарх — символ движения противников генетически модифицированных растений…

Сторонники ГМ продуктов (ГМП) утверждают, что:

Противники ГМП высказывают опасения, что:

– они спасут растущее население Земли от голода, ведь генетически модифицированные растения могут существовать на менее плодородных почвах и давать богатый урожай, а затем долго храниться;

– уже появились растения с противовирусной «начинкой», как, например, табак, в генетический код которого «вмонтирован» человеческий ген, отвечающий за выработку антител к вирусу кори.

– генетическая технология еще несовершенна и процесс встраивания нового гена недостаточно точен, т.е. невозможно с достоверностью предвидеть его местоположение в геноме клетки хозяина;

– все испытания ГМП были краткосрочными, а их негативное воздействие может проявляться через длительное время или отражаться на потомстве;

– не известно, как «новые растения» повлияют на экологический баланс в мире; например, при перекрестном опылении сорняки могут получить от генетически модифицированных организмов ген устойчивости к вредителям и пестицидам и тогда размножение сорняков будет неконтролируемым, саморегуляция в экосистеме нарушится; могут появиться более патогенные вирусы и штаммы микроорганизмов.

Практические достижения современной генной инженерии:

• - Созданы банки генов , или клонотеки , представляющие собой коллекции клонов бактерий. Каждый из этих клонов содержит фрагменты ДНК определенного организма (дрозофилы, человека и других).
• – На основе трансформированных штаммов вирусов, бактерий и дрожжей осуществляется промышленное производство инсулина, интерферона, гормональных препаратов. На стадии испытаний находится производство белков, позволяющих сохранить свертываемость крови при гемофилии, и других лекарственных препаратов.
• – Созданы трансгенные высшие организмы (некоторые рыбы и млекопитающие, многие растения) в клетках которых успешно функционируют гены совершенно других организмов. Широко известны генетически модифицированные растения (ГМР), устойчивые к высоких дозам определенных гербицидов, а также Bt -модифицированные растения, устойчивые к вредителям.
• – Разработаны методы клонирования строго определенных участков ДНК, например, метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). ПЦР-технологии применяются для идентификации определенных нуклеотидных последовательностей, что используется при ранней диагностике некоторых заболеваний, например, для выявления носителей ВИЧ-инфекции.

Получение инсулина

КИШЕЧНАЯ ПАЛОЧКА

Соматропин- гормон роста

КИШЕЧНАЯ ПАЛОЧКА

Получение интерферона

КИШЕЧНАЯ ПАЛОЧКА

Метод Клонирование С греч. «ветвь, побег, отпрыск»

• Это метод пересадки ядра обычной клетки в яйцеклетку, при котором получают генетические копии организмов.

Первое клонированное животное- овечка Долли

2 n

овца породы финский дорсет

(из клеток тканей молочной железы этой взрослой овцы извлекли соматические ядра)

0n

овца породы шотландская черномордая

(ей трансплантировали образовавшуюся диплоидную зиготу, которую предварительно стимулировали к дроблению электрошоком)

овца породы шотландская черномордая

(от которой взяли яйцеклетку, удалив из неё гаплоидное ядро)

Метод культивирования клеток

• Культивирование клеток  представляет собой процесс, посредством которого  in vitro  отдельные клетки (или единственная клетка) прокариот и эукариот искусственно выращиваются в контролируемых условиях.
• Чтобы получить большое количество растений, можно выделить одну клетку.
• Размножить клетки и

прорастить в питательной среде

• И получить большое количество

таких же растений

ПОЧЕМУ биотехнология сейчас так актуальна?

Вариант I

• Вставьте пропущенные слова:
• 1.Наука о производстве необходимых человеку продуктов и материалов называется …………
• 2. З. В. Ермольева получила пенициллин из плесневого ……………..........................................
• 3. Первое клонированное животное …………..
• 4.Молочнокислые бактерии используются для получения продуктов:……………………………..
• 5. Расшифруйте аббревиатуру «ГМО» -…...……………………………………………………

Вариант II

• Вставьте пропущенные слова:
• 1. Направление биотехнологии ……………………………………………………..…
• 2. Редкие и ценные растения получают методом….…………………………………………..
• 3. Дрожжи используются для …………………….
• 4. Любимая бактерия генных инженеров…………………………………………….
• 5. Приведите примеры ГМО…………………………………………………
•  

Домашнее задание

• Составить кроссворд, ребус на тему «Биотехнология. Генная инженерия»