Урок біології "Біотехнологія: історія та сучасність" (11 класс). Презентація"Біотехнологія: історія та сучасність"

• 1 слайд

  Біотехнологія: історія та сучасність Мікроорганізм, це гидке каченя перших років епідеміології, завдяки успіхам науки і техніки, досягненням людського генію перетворилось у чудового лебедя генетичної інженерії, сучасної біотехнології і індустрії живих клітин. Б. Я. Нейман Підготувала учитель біології, спеціаліст вищої кваліфікаційної категорії, учитель-методист Металістської ЗОШ І-ІІІ ступенів Іщук І.М.

• 2 слайд

  Мета уроку Навчальна: поглибити поняття про ген; дати знання про біотехнологію як сучасний вид промисловості; ознайомити учнів з основними процесами біотехнології; дати уявлення про генну, клітинну інженерію як перспективні галузі молекулярної генетики та біохімії; Розвивальна: сприяти формуванню наукового світогляду, розуміння важливості свідомого володіння системою біологічних знань, навичок і умінь роботи з альтернативним джерелом інформації Виховна: виховувати позитивне ставлення до навчально-пізнавальної діяльності, інтерес до науки, допитливість, бажання пізнання   Базові поняття й терміни: біотехнологія, генна інженерія, клітинна інженерія, культура клітин, клон, клонування організмів, химерні та трансгенні організми

• 3 слайд

  Проблемне питання: Генетична модифікація організмів – панацея для людства чи скринька Пандори? Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії: У переносному значенні «скринька Пандори » — осередок лиха, підступний дарунок. Згідно з древньогрецької міфології Пандора з цікавості відчинила скриньку, і звідти по світу розлетілися численні лиха, що завдають людям мук, горя, страждань. Тільки надія залишилась на дні скриньки. Панаце́я — богиня, зцілителька людей. Цим ім'ям пізніше почали називати ліки, які нібито зціляють від усіх хвороб. У сучасній мові Панацея — універсальний засіб, що за його допомогою можна усунути будь-яке лихо, розв'язати всяку проблему

• 4 слайд

  Людина з давніх-давен застосовує біотехнологічні процеси для виробництва харчових продуктів: хліба, сирів, молочних продуктів, тіста, пива, вина тощо… Історія виникнення біотехнології

• 5 слайд

  Історія виникнення біотехнології Луи Пастер 1822-1895 Завдяки роботам Луї Пастера в середині 19 сторіччя було виявлено зв'язок процесів шумування з діяльністю мікроорганізмів. Традиційна біотехнологія одержала наукову основу

• 6 слайд

  Початок генетичної інженерії як галузі біотехнології, покладений Полем Бергом (1972), який одержав перші гібридні (рекомбіновані) ДНК . Поль Берг 1926 Історія виникнення біотехнології

• 7 слайд

  Історія виникнення біотехнології Дослідники Кембриджського Університету Френсіс Крік і Джеймс Вотсон у 1953 році запропонували тривимірну структуру молекули ДНК, за що й отримали Нобелівську премію

• 8 слайд

  БІОТЕХНОЛОГІЯ (від грецької. bios - життя, techne - мистецтво, майстерність і logos - слово, навчання) сукупність промислових методів, що застосовують для виробництва різних речовин із використанням живих організмів біологічних процесів чи явищ. Біотехнологія - міждисциплінарна галузь, що виникла на стику біологічних, хімічних і технічних наук.

• 9 слайд

  Основні напрямки біотехнології Генна інженерія

• 10 слайд

  Класифікація біооб’єктів Макрооб'єкти: людина (донор крові, органів, гормонів); ссавці (інсулін); рептилії (отрута змій); риби; комахи; рослини (селекція і відбір) Мікрооб'єкти : Еукаріоти ( нижчі гриби, водорості); Прокариоти (актиноміцети, бактерії, синьо-зелені водорості); Неклітинні форми життя (віруси); Ізольовані клітини та клітинні компоненти.

• 11 слайд

  Промислова мікробіологія Виробництво антибіотиків, лікарських речовин; та перетворення парафінів у кормовий білок у процесі життєдіяльності мікроорганізмів. В продуктах харчової промисловості часто використовуються ферменти, які виробляють генно-модифіковані організми.

• 12 слайд

  Біопрепарати BI-CHEM, BACTI-BIO, D/N, N, P> для очищення стічних вод Біопрепарати BI-CHEM Для освітлення та санації природних водойм Біопрепарати BI-CHEM, ABR> для розкладення та ліквідації нафтових забруднень Біопрепарати BI-CHEM, R, BACTI-BIO> для очищення навколишнього середовища Біопрепарати BI-CHEM, BACTI-BIO> для видалення жирових забруднень http://www.bi-tec.ru/rus/bioservice/biotechnology

• 13 слайд

  Клітинна (тканинна) інженерія Культивування клітин і тканин вищих організмів. Виділення клітин з організму і перенесення на штучні поживні середовища, де продовжується їх життєдіяльність. Стовбурові клітини Клонування

• 14 слайд

  Стволові клітини - терапія майбутнього Стволові клітини - один із численних видів клітин людини. Сама назва з'явилася в Росії на початку XX століття. Слово «стволові» означає, що вони основні, базові, «будівельні». Всі клітини, окрім стволових, живуть обмежений час і не здатні ділиться. Ці другі й сприяють оновленню організму, продовженню його життя. Стволові клітини здатні відтворюватися безкінечно й перетворюватися на будь-яку іншу клітину (м'язів, мозку, крові, нервів, кісток або будь-яких органів).

• 15 слайд

• 16 слайд

  Клонування організмів Клоном (від грец. клон — гілка) називається сукупність клітин або особин, що виникли від спільного предка нестатевим шляхом.

• 17 слайд

  Методика створення клона При клонуванні з незаплідненої яйцеклітини видаляють ядро і пересаджують у неї ядро нестатевої клітини іншої особини. Таку штучну зиготу пересаджують у матку самки, де зародок і розвивається. Ця методика дає можливість одержувати від цінних за своїми якостями плідників необмежену кількість нащадків, які є їхньою точною генетичною копією. Методом клонування вирощують різні організми 

• 18 слайд

  Генна інженерія Штучне конструювання молекул ДНК (генів). Молода технологія, створена для поліпшення характеристик живих організмів шляхом пересадки в них чужого генетичного матеріалу, наприклад ДНК риби в помідор (щоб не підмерзав) чи бактерії в картоплю (щоб жук не їв) – трансгенних організмів

• 19 слайд

  - синтез генів поза організмом, видалення з клітин і перебудову окремих генів; -    копіювання і розмноження виділених або синтезованих генів; -    введення генів або їхніх груп у геном інших організмів; -    експериментальне поєднання різних геномів у одній клітині Методи генної інженерії

• 20 слайд

• 21 слайд

• 22 слайд

  Химерні тварини - це генетичні мозаїки, що утворяться в результаті об'єднання бластомерів від ембріонів з різними генотипами. За допомогою химерних мишей було, наприклад, вирішене питання про спосіб виникнення в ході розвитку багатоядерних клітин посмугованих м'язів. Вивчення химерних тварин дозволило вирішити чимало важких запитань, і в майбутньому завдяки застосуванню цього методу з'явиться можливість вирішувати складні питання генетики й ембріології.

• 23 слайд

  Ензимологія – наука про ензими, тобто ферменти Одержання і використання чистих ферментів і ферментних препаратів; Інженерна ензимологія

• 24 слайд

  Ембріональна інженерія Галузь біотехнології, що займається штучними змінами організмів у ході зародкового розвитку. Ембріональна індукція — взаємовплив частин зародка під час його розвитку. (Можна змінювати розвиток певних частин зародка в напрямі, який цікавить дослідників).  

• 25 слайд

  ХИМЕРА а) у древньогрецькій міфології - страховисько із головою лева, тулубом кози, хвостом дракона; б) в біології, ембріології, генетиці - особина, яка складається з ідіотипово різних клітин або клітинних систем. Химери, отримані шляхом щеплення або тканинної трансплантації, називають штучними. Химерні організми можуть виникати внаслідок мутацій, порушення процесу мітозу

• 26 слайд

• 27 слайд

  ГЛОБАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ ЛЮДСТВА: МЕДИЧНА Лікування спадкових та ракових хвороб Синтезування ефективних ліків Біотехнологія здатна подолати хвороби та подовжити термін повноцінного життя людини!

• 28 слайд

  ГЛОБАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ ЛЮДСТВА: ПРОДОВОЛЬЧА Біотехнологія допоможе подолати голод! У 1980 році на Землі нараховували 4,5 млрд. людей, від яких народжувалося щорічно 80 млн. дітей. В сучасному світі – 7 млрд. людей. Якщо у світі народжуваність збереже свої теперішні темпи, то через кілька десятків років населення земної кулі збільшиться на кілька мільярдів. Проблема голоду постане перед людством у глобальному масштабі.

• 29 слайд

  ГЛОБАЛЬНІ ПРОБЛЕМИ ЛЮДСТВА: ЕКОЛОГІЧНА Дотепер людська цивілізація розвивалася в протиборстві з природою, чим поставила себе на межу знищення (самознищення). За розрахунками, що ґрунтуються на швидкості вимирання видів у наш час, половина нині існуючих на Землі видів можуть зникнути усього за 40—50 років. Біотехнологія спроможна відтворити біологічне різноманіття Землі!

• 30 слайд

  Цікаві факти про ГМО №1 Здатність до опору шкідливим факторам Фрукти і овочі можуть зберігатися довше, якщо вони є генетично модифікованими. Продукти можуть зберігатися довше і транспортуватися далі без відходів або псування. Деякі генетичні модифікації також роблять рослини менш сприйнятливими до поширених шкідників. Також підвищують стійкість до засухи, морозу і тепла.

• 31 слайд

  Цікаві факти про ГМО №2 Поширення ГМО культур Створено понад 60 видів ГМО сільськогосподарських рослин, перше місце з яких займає соя. На 300 мільйонах гектарів в 23 країнах висаджуються генетично модифіковані сільськогосподарські культур

• 32 слайд

  Цікаві факти про ГМО №3 Більш поживна їжа   Генна інженерія може збільшити вміст поживних харчових продуктів. "Золотий рис", генетично модифікований вид рису, має набагато вищий вміст вітаміну А, який допомагає зменшити дефіцит поживних речовин у багатьох країнах. Бета-каротин (вітамін А) знаходиться в рисових саджанцях, але знижується в процесі переробки. Модифікація геному рису підтримує високі рівні бета-каротину.

• 33 слайд

  Цікаві факти про ГМО №4 Генетично модифіковані тварини Прихильники технологій ГМО стверджують, що швидкоростучі, здорові, більш поживні і стійкі до хвороб тварини допоможуть прогодувати зростаюче населення світу, але багато етичних, екологічних та медичних питань залишаються без відповіді  

• 34 слайд

  Цікаві факти про ГМО №4 Небезпечні алергени і токсини. Генетично модифіковані організми можуть ініціювати синтез нових алергенів та токсинів,в матеріалі,який підлягає модифікації . В кінці 1980-х,в результаті взаємодії ГМ бактерії з L-триптофаном утворилась отруйна амінокислота,яка спричинила загибель 37 чоловік.

• 35 слайд

  Вчені знайшли "ген Пітера Пена", який зупиняє старіння Група нідерландських і британських учених виявила генетичні варіації, які можуть пояснити, чому одні люди старіють раніше за інших. Відкриття вже охрестили "Геном Пітера Пена". “Наше дослідження доводить, що деякі люди генетично запрограмовані старіти швидшими темпами", - зазначив один з керівників наукової групи Тім Спектор з Королівського коледжу в Лондоні http://vidgolos.com/12071-vcheni-znajshli-gen-pitera-pena-yakij-zupinyaye.html

• 36 слайд

• 37 слайд

• 38 слайд

  Всяке наукове відкриття саме по собі є нейтральним. Отож, що принесе нам біотехнологія і відповідно змінені нею трансгенні організми — добро чи зло — залежатиме саме від людей, від нас з вами… Висновки:

Тема уроку: Біотехнологія: історія та сучасність

Навчальна: поглибити поняття про ген; дати знання про біотехнологію як сучасний вид промисловості; ознайомити учнів з основними процесами біотехнології; дати уявлення про генну, клітинну інженерію як перспективні галузі молекулярної генетики та біохімії;

Розвивальна: сприяти формуванню наукового світогляду, розуміння важливості свідомого володіння системою біологічних знань, навичок і умінь роботи з альтернативним джерелом інформації

Виховна: виховувати позитивне ставлення до

навчально-пізнавальної діяльності, інтерес до науки, допитливість, бажання пізнання

Базові поняття й терміни:

біотехнологія, генна інженерія, клітинна інженерія, культура клітин, клон, клонування організмів, химерні та трансгенні організми

Концепція уроку: спираючись на знання учнів з генетики та молекулярної біології, показати значення біотехнології та генної інженерії як наук, що дивляться у майбутнє людства; з’ясувати позитивні та негативні сторони проблеми використання ГМ-культур людиною; сприяти виробленню в учнів власного ставлення до проблеми трансгенних організмів.

Обладнання і матеріали: електронна презентація «Біотехнологія: історія і реальність», відеофільм «Клонування»

Тип уроку: комбінований

«Знання є сила, сила є знання.
Знання і могутність - одне й теж»

Френсіс Бекон

Саме слова видатного англійського політика філософа Френсіса Бекона я обрала епіграфом до уроку. Тож бажаю вам сьогодні стати більш освіченими, а тож і більш могутніми.

СТРУКТУРА І ЗМІСТ УРОКУ

І. Організаційний етап уроку.

Перевірка готовності класу до роботи, облік відвідування.

ІІ. Актуалізація опорних знань.

1. Фронтальне опитування.

• Дати визначення біологічним термінам на літеру «Г»

Ген

Генотип

Геном

Генофонд

Гамета

Гетерозигота

Гомозигота

Гаметофіт

Генеалогічний метод

Генетика

• Розташувати поняття від найменшого за значенням до найбільшого:

ДНК хромосома нуклеотид хроматида ген ядро клітина

ІІІ. Мотивація навчальної діяльності.

- При розкопках Вавилону була знайдена дощечка, яка відноситься до VІ століття до н. е., на якій описувався процес приготування пива. Це, імовірно, одна з найдревніших письмових згадок про цільове застосування людиною на практиці природного біологічного процесу. З давніх часів відоме використання і інших біотехнологічних процесів у різних сферах практичної діяльності людини: у виноробстві, хлібопеченні, сироварінні, пивоварінні, при зброджуванні молока та виготовлення молочнокислих продуктів, при квашенні овочів, силосуванні. Однак науковий аналіз біохімічних механізмів, що лежать в основі цих біотехнологічних процесів, був проведений набагато пізніше. "Мікроорганізм, це гидке каченя перших років епідеміології, завдяки успіхам науки і техніки, досягненням людського генію перетворилось у чудового лебедя генетич­ної інженерії, сучасної біотехнології і індустрії живих клітин .” (Б. Я. Нейман).

- Що ж являє собою ця таємнича біотехнологія?

Протягом уроку ми будемо шукати відповідь на запитання: « Генетична модифікація організмів – панацея для людства чи скринька Пандори?»

А зрозуміти незнайомими термінами нам допомагає сьогодні віртуальний бібліотекар – вільної Вікіпедії – Василенко Марина

ІV. Повідомлення теми і мети уроку.

- Запишемо дату та тему уроку в робочі зошити: «Біотехнологія: історія та сучасність»

- Кожен з учнів отримав завдання яке підготував вдома використовуючи різні джерела інформації. Слухаючи повідомлення ви працюєте над заповненням таблиці:

Учені

Рік

Досягнення

Луи Пастер

Середина 19 сторіччя

Карл Ереки

1919

Френсіс Крік, Джеймс Уотсон

1953

Пол Берг

1972

V. Вивчення нового матеріалу.

1. Історія розвитку біотехнології

Біотехнологія - одна з найдавніших і водночас одна з наймолодших наук і галузей промисловості.

Людство здавна опанувало на практиці різні процеси біотехнології. Ще з біблейських часів було відоме виноробство, випікання хліба, а дещо пізніше - одержання кисломолочних продуктів, квашеної капусти, медових алкогольних напоїв, силосування кормів тощо. Стародавні народи інтуїтивно використовували прийоми і способи виготовлення продуктів, які сьогодні ми відносимо до біотехнологічних.

Значний поштовх у розвитку біотехнології пов'язаний з видатними дослідженнями великого французького вченого Луї Пастера - основоположника наукової мікробіології. В середині 19 сторіччя він розкрив мікробну природу бродіння, довів можливість життя у безкисневих умовах, експериментально спростував уявлення про самовільне зародження живих істот, створив наукові основи вакцинопрофілактики і вакцинотерапії, запропонував метод стерилізації, названий його ім'ям, - пастеризацією тощо.

Термін «біотехнологія» вперше використав угорський вчений Карл Ереки в 1919 році для позначення процесів, в яких продукти отримують за допомогою живих організмів

Починаючи з другої третини XX століття розпочалось впровадження крупномасштабного герметизованого обладнання, яке забезпечує проведення процесів у стерильних умовах. Особливо потужний поштовх у розвитку промислового біотехнологічного обладнання був відмічений у період становлення і розвитку виробництва антибіотиків (період Другої світової війни 1939-1945 pp., коли виникла гостра необхідність у протимікробних препаратах для лікування хворих з інфікованими ранами). У цей час були вирішені основні завдання з конструювання, створення і впровадження у практику біореакторів, які використовуються й нині.

Звичайно, без фундаментальної роботи Френсіса Кріка і Джеймса Уотсона (1953 рік) щодо встановлення структури ДНК було б неможливо досягнути сучасних результатів у сфері біотехнології. З'ясування механізмів функціонування і регуляції ДНК, виділення і вивчення специфічних ферментів привело до формування чіткого наукового підходу, до розробки біотехнологічних процесів на основі генно-інженерних робіт.

Однак термін «біотехнологія» прижився лише з середини 70-х років XX ст., коли біотехнологія пережила своє друге народження у зв'язку з появою генетичної інженерії. Власне становлення біотехнології як самостійної науки розпочалося з 1972 p., коли Пол Берг зі співробітниками у США створили першу рекомбіновану (гибрідну) молекулу ДНК.

Уже в 1982 р. надійшов у продаж людський інсулін, синтезований кишковими паличками, які містили штучно вмонтовану інформацію про цей гормон. Згодом з'явились інші генно-інженерні препарати: інтерферони, соматотропний гормон людини та ін.

Протягом останніх 10-15 років минулого століття проходив бурхливий розвиток біотехнології, визначались сфери пріоритетного впровадження конкретних результатів технологічних розробок.

2. Зміст, завдання і методи сучасної біотехнології

- Отже, біотехнологія — сукупність про­мислових методів, що застосовують для виробництва різних речовин із викорис­танням живих організмів, біологічних процесів чи явищ.

- Основні досягнення біотехнології: мікробіологічна промисловість і медицина; харчова промисловість; поліпшення екологічного стану планети; боротьба з шкідниками сільського господарства; виготовлення біопрепаратів: амінокислот, антибіотиків, білків, вітамінів, ліпідів, нуклеїнових кислот, пігментів, ферментів.

- Об’єкти біотехнології досить численні. Це представники основних груп живих організмів – мікроорганізми (бактерії, віруси, гриби, наприклад, дріжджі, інші одноклітинні організми), рослини, тварини, а також ізольовані з них клітини та клітинні компоненти.

Основні напрями біотехнології

Промислова Інженерна Генна Клітинна Ембріональна

мікробіологія ензимологія інженерія інженерія інженерія

Промислова мікробіологія

Одним з перших напрямків сучасної біотехнології є мікробні біотехнології, або мікробіологічний синтез, який полягає у використанні мікроорганізмів - різних бактерій, грибків, вірусів. Мета - одержання кормових білків, ферментів, антибіотиків та інших біологічно активних речовин, а також використання біологічних властивостей :мікроорганізмів для очищення стічних вод, боротьби зі шкідниками сільського господарства, одержання бактеріальних добрив, вилуджування металів тощо. Розглянемо, як розробляється промислова технологія харчових білків з нехарчової сировини. Це важливе економічне завдання. Білок - найдорожчий і найдефіцитніший компонент кормів і їжі. За його нестачі погіршується життєдіяльність організму, слабшає імунітет, енергетичні компоненти їжі даремно згоряють або перетворюються на жири, що шкідливо для людини й тварин. У цій роботі беруть участь різні фахівці, але першими включаються в роботу мікробіологи. Їм потрібно знайтимікроорганізми, які швидко ростуть і накопичують багато білків.

Спеціальні експедиції мікробіологів відбирають проби з річок, морів, rрунтів - усюди. Чим брудніше середовище, тим більше шансів знайти в ньому якийсь корисний мікроорганізм. У гниючих плодах утворюється метиловий спирт. Тому в них часто знаходять мікроорганізми, які дають можливість одержувати білок із : метанолу. Із проб роблять суспензію, розливають у чашки Петрі з поживним середовищем. На них виростають колонії, різні за кольором і формою. Потім ведуть роботу з індивідуальними клітинами - штамами. Їх штучно поліпшують, щоб підвищити продуктивність (використовують мутагенні фактори, поліпшують умови культивування, підбирають середовища тощо). Коли штами отримані, приступають до промислового виробництва.

Культивуються штами на біофабриках у біореакторах – металевих цистернах, які за величиною не поступаються доменним печам. У них створюються оптимальні умови для життєдіяльності. Після закінчення процесу штабельний розчин з :мікробами й продуктами, які утворилися, зливають, відокремлюють, очищають, фільтрують, висушують і використовують за призначенням. Мікробні білки використовують у харчовій промисловості для виготовлення напівфабрикатів, різних

страв, у медицині - для виготовлення антибіотиків і вітамінів.

Клітинна інженерія.

Якщо клітини виділити з організму, помістити в поживне середовище, яке приблизно відповідне тому тканинному середовищу організму, з якого вони були взяті, то вони будуть жити й розвиватися поза організмом, утворюючи клітинні культури, які зберігають усі ознаки й властивості свого виду. Диференціюються різні тканини рідкісних рослин, як, наприклад, женьшень, у якого, якщо ви знаєте, дуже цілющий корінь (недарма його називають навіть коренем життя), елеутерокок, китайський лимонник. Правда, на жаль, навчилися культивувати рослини не цілком, а тільки їх клітини, але їх можна одержати необхідну кількість, а витяжки із цих клітин мають дуже велике фармацевтичне значення. Із клітин женьшеню, наприклад, одержують антидепресанти, які допомагають людині в стресових ситуаціях та стимулюють

життєдіяльність. Елеутерокок підвищує кров'яний тиск, препарати лимоннику - знижують його. Завдяки цим технологіям можна зберегти рідкісні види рослин, а також

примножити їхню кількість тим самим зберегти та відновити генофонд планети.

Стволові клітини - один із численних видів клітин людини. Сама назва з'явилася в Росії на початку XX століття. Слово «стволові» означає, що вони основні, базові, «будівельні». Всі клітини, окрім стволових, живуть обмежений час і не здатні ділиться. Ці другі й сприяють оновленню організму, продовженню його життя. Стволові клітини здатні відтворюватися безкінечно й перетворюватися на будь-яку іншу клітину (м'язів, мозку, крові, нервів, кісток або будь-яких органів).

Перспективним напрямком

клітинної інженерії є клонування.

Клонування-це одержання ідентичних нащадків з допомогою нестатевого розмноження, або процес одержання генетично ідентичної копій окремого організму. Проблему клонування тварин (а вони не розмножуються вегетативно, а тільки статевим шляхом) розв'язали іншим шляхом. У 1997 році увесь світ облетіла сенсаційна новина: у Шотландії клонували ягничку генетичну копію матері, і назвали ії Доллі. Для цього були взяті клітини молочної залози донора, із клітини було взяте ядро і пересаджено в яйцеклітину іншої вівці, у якій ядро видалили. Після цього яйцеклітина із заміненим ядром розвивалася як запліднена. На стадії 16 бластомерів вона була пересаджена в матку сурогатної матері, де й розвивалася в ягничку. Слід сказати, що у Доллі були не занадто вдалі попередники. ЇЇ творці зробили 277 ядерних трансплантацій, одержали 277 ембріонів, з яких лише 29 прожили довше шести днів, і один з них розвинувся у повноцінне ягня Доллі.

Зараз перед ученими не стоїть питання клонувати чи ні - звичайно, клонувати. Завдяки цьому відкриваються нові можливості. У сільському господарстві можна одержати високопродуктивних тварин. А клонування органів і тканин - завдання № 1 у трансплантології (пересадженні органів). Трансплантація клонованих органів здатна врятувати мільйони людей, які помирають від хвороб серця, нирок, печінки. А трансплантація клонованих частин тіла - ніг, рук, очей - допоможе інвалідам стати нормальними людьми. Клонування допоможе розв'язати проблему безплідності - вищого ступеня гуманна мета.

Перегляд відеоролика

Генна інженерія

Я вважаю, що генна інженерія, є одним із найцікавіших і перспективних напрямків у сучасній біотехнології. Вона розробляє методи перебудови геному організмів шляхом видалення або введення окремих генів. Об'єктами вивчення генної інженерії є клітини прокаріотів, тобто бактерії, хоча на даному етапі вчені працюють і з генами еукаріотів: мишей, жаб і навіть людини. Принцип роботи в усіх випадках приблизно однаковий. У ДНК клітини хазяїна (донора) знаходять потрібний ген, відповідальний за синтез необхідного продукту,- це може бути гормон, антибіотик, вітамін і т. д. Цей ген вирізають з молекули й приєднують до носія (вектора), потім повертають назад у бактеріальну клітину. Після цих операцій клітина починає виробляти необхідний продукт. Метидосягнуто!

Але не все в цій роботі так легко, як може здаватися. Труднощі полягають у тому, як потрібний ген вирізати з ДНК хазяїна, де знайти переносників цього гена і, звичайно, як його до них приєднати. Це складніше завдання було розв'язане зусиллями генетиків усього світу. У 1970-х роках швейцарський біохімік Вернер Арбер виявив у вірусів бактеріофагів ферменти, з допомогою яких можна було розрізати ДНК на окремі гени. Він назвав їх рестриктадор (від дієслова «стригти» )Ці ферменти використовуються й донині. У той же час американські вчені Корнберг і Омоа виділивши з кишкової палички особливі ферменти, які начебто зшивали або склеювали нуклеотиди в полімерні ланцюжки, синтезуючи, тим самим, макромолекули ДНК. Ці ферменти назвали лігази.

Таким чином, у результаті тривалої та кропіткої праці вченим удалося знайти «ножиці» й «клей» для ДНК. Як переносники, вирішили використовувати плазміди бактерій, тобто на бактеріальну ДНК. Цей вибір було зроблено за декількома очевидними причинами: у бактерій немає ядра, їх ДНК має вигляд замкнутого кільця, воно невелике й міститься прямо в цитоплазмі. Усе це значно спрощує роботу генетиків. Перші досліди з генної інженерії були проведені в 1973 році американськими вченими Коеном і Боером у лабораторії. Вони виділилиз бактеріальної клітини плазмідні кільця, розрізали їх ферментативними ножицями - рестриктазами. Із ДНК клітин жаби вирізали певні ділянки (гени) і змішали їх у пробірці з розрізаними плазмідами. Після цього додали фермент, що склеює. Жаб'яча ДНК була вбудована між відкритими кінцями бактеріальної плазміди - кільце замкнулося. Цю плазміду знову ввели в бактеріальну клітину. Результат виявився сенсаційним: бактерії дійсно дали себе обдурити. Вони не стали квакати, як жартували вчені, але тепер рибосоми бактерій поряд із власними білками утворювали й білок жаби. І всі їхні нащадки несли в собі частину спадкової інформації жаби. Початок було покладено! Таким же способом було отримано людський інсулін.

ІНСУЛІН

Як ви знаєте, інсулін - це гормон, який виробляється підшлунковою залозою й регулює рівень цукру в крові. За його нестачі виникає важке захворювання - цукровий діабет. Незасвоєний цукор виводитися із сечею. Організм втрачає цінні поживні речовини. Хворому дієвим способом можуть допомогти тільки ін'єкцією інсуліну. Хворих на діабет у світі мільйони. Раніше багато людей помирали від діабету. Чому? Інсулін одержували з підшлункових залоз забійних свиней і великої рогатої худоби. Однак не кожний хворий на цукрову хворобу в змозі переносити інсулін, отриманий від тварин. Виникає алергійна реакція - відторгнення. Чому? Тваринний інсулін відрізняється від людського трьома амінокислотами. Здавалося б, незначне відхилення, однак у багатьох хворих виробляються антитіла проти інсуліну тварин і він не засвоюється. Може допомогти тільки інсулін людини. Але звідки його взяти у великих кількостях? Допомогла біотехнологія. Щоби здійснити - ідею вироблення людського інсуліну, довелося провести величезну попередню роботу. Було відомо з яких саме амінокислот складається молекула інсуліну, а отже, і те, як виглядає ген інсуліну, тобто з якої послідовності нуклеотидів він складається. У пробірці вдалося штучно синтезувати ген інсуліну (саме по собі грандіозне досягнення). Потім його було вбудовано (подібно до жаб'ячої ДНК) у розрізані кільця плазмід бактерій, після чого плазміди були внесені назад у бактерії. І тепер уже вони стали продукувати інсулін людини. Апробація людського інсуліну дала чудові результати й тепер його застосовують для лікування хворих на цукровий діабет.

Ми часто чуємо про інтерферон.

Для тих, хто не знає, що це таке, пояснюємо

ІНТЕРФЕРОН

Це чудова біологічно активна речовина від вірусних інфекцій. Утворюється він у живих клітинах, уражених вірусом, має білкову природу й захищає від клітини вірусів. Як відомо, існуючі антибіотики не чинять ніякого впливу на віруси. Вони тільки пригнічують розвиток тих бактерій, які могли б поширитися в разі вірусного захворювання в ослабленому організмі. До речі, не лікуйте грип антибіотиками!!! Це не допоможе, а тільки ослабить імунітет. Ми знаємо, що донедавна цей препарат коштував дуже дорого. Його, як нам відомо, одержували з лейкоцитів крові людей. Для одержання

1 г інтерферону потрібна кров від 90 ООО тис. донорів. Зараз препарат коштує набагато дешевше, бо його отримали штучно. Але довелося генетикам стикнутися з великими труднощами, тому що будова гена інтерферону не була відома, на відміну від інсуліну. Роботи почалися у 1980-ті роки у Швейцарії. Лейкоцити людини заразили вірусами, і вони змушені були виробляти інтерферон. Отже клітинна ДНК посилала рибосомам поряд з наказами про синтез нормальних білків наказ виробляти інтерферон! Однак цей наказ довелося розшукувати серед тисячі інших наказів ДНК лейкоцитів. Для цього ДНК лейкоцитів спочатку перетворили на одиночну структуру, потім з допомогою ферментів одержали дволанцюгову копію материнської ДНК. Розрізали рестриктазами на фрагменти. З бактерії виділили плазміни, розрізали, вставили гени з різними наказами й знову ввели в бактерії. Бактерії стали розмножуватися на твердих поживних середовищах. Виникло близько 20 ООО різних бактеріальних колоній, кожна містила клітини з різними плазмінами. Після кропіткої роботи були знайдені саме ті, які продукували інтерферон! Екстракти цих бактерій захищали клітини людини від вірусів. У спеціальних біореакторах цих бактерій розмножували, потомство теж у своїх генах несло наказ виробляти інтерферон. Тепер він широко застосований в усьому світі. Інтерферон ефективний проти інфекційних гепатитів, сказу, різних видів риніту, його дають грудним дітям без імунітету. Зараз вивчається його дія на ракові клітини.

ГМО

Селекціонери займаються виведенням різних сортів, порід, штамів - це все штучно створені популяції з ознаками, потрібними людині. Раніше на селекційну роботу витрачалося дуже багато часу. На це йшло як мінімум кілька років. Зараз завдяки біотехнології навчилися одержувати бажані ознаки штучно, упроваджуючи чужі гени в геноми рослин (гени риб, павуків, бактерій і т. д.). Такі рослини називаються трансгенними, а продукти, які з них одержують,- генетично модифікованими (ГМП). У цей час створено понад 120 видів трансгенних культур (таких як баклажан, арахіс, овес, цукровий буряк, картопля, огірок, кукурудза, соняшник, пшениця, рис, жито і т. д.).

Наприклад, створені сорти буряка, які не замерзають навіть за 10 градусів Цельсію, тому що в геном цієї рослини пересадили гени риб, які живуть у північних морях; або виведена картопля, яка не боїться колорадського жука; або в гени багатьох рослин, які вживають у їжу, уведений ген, що виробляє пестицид. Таких прикладів дуже багато. Та виникає питання чи не отруїмося ми самі? Ні! У ДНК картоплі вводиться ген бактерії, який відомий уже 45 років,· він зовсім нешкідливий. Він блоку є травну систему жука. Відгризає жук шматочок листка - і все, нічого він більше в житті не з'їсть і помре з голоду. Це найбільш безпечний метод. На сьогодні до використання в їжу дозволені три транс генні сорти сої, чотири сорти кукурудзи, один сорт цукрового буряка й два сорти картоплі. На сьогодні існує близько 40 генетично модифікованих продуктів,щоб дізнатися які продукти ми вживаємо, треба уважно читати упаковки: англійські букви GM, СЕ прямо вказують на наявність ГМП. Велика ймовірність умісту ГМП в імпортній рослинній олії, що зазвичай іменується vegetable oil, без указівки сировини, з якої вона виготовлена. Вітчизняні виробники в складі продукту(наприклад,пельмені,тушенка, майонез і т. д.) часто пишуть на етикетках «білок», «рослинний білок », «соєвий білок» - на 92 % це трансгенна соя. Аспартам, «фенілаланін , зазначені в складі продукту добавки, отримані із трансгенів. Я можу назвати всіх світових виробників, які виготовляють продукти, що містять трансгенні компоненти: «Нестле» - кава, шоколад, дитяче харчування; «Хайнц Фудс» - кетчупи, соуси; «Кока-кола» - напої «Кола-Кола», «Спрайт», «Фанта»; «Хершис» - шоколад; безалкогольні напої. «МаКдональдс»- мережа ресторанів швидкого харчування, «Данон» - йогурти, кефір, сир, дитяче харчування, «Кетбері» - какао, шоколад, «Марс» - шоколадні батончики «Снікерс», «Твікс».

7. Ембріональна інженерія — галузь, що займається штучними змінами організмів у ході зародкового розвитку. (Розповідь учителя).

Ембріональна індукція — взаємовплив частин зародка під час його розвитку. (Можна змінювати розвиток певних частин зародка в напрямі, який цікавить дослідників).

VІ. Закріплення та узагальнення знань.

1. Демонстрація методів біотехнології та генної інженерії за допомогою електронного засобу навчання „Електронні уроки та тести. Генетична мінливість та еволюція”

2. Розв'язати проблемні ситуації та біотехнологічні вправи:

1. Чи можна за допомогою продуктів, виготовлених з деревини, отримати яловичину, свинину, курятину чи яйця домашньої птиці і яким способом?

2. Академік В. Вернадський — основоположник науки біогеохімії — відкрив, що бактерії володіють максимальною для живих організмів... (енергією хімічних пе­ретворень на Землі).

3. Використовуючи мікроорганізми, біотехнологія вже сьогодні виробляє сотні тисяч тканин білка, тисячі тонн амінокислот (лізин), засоби захисту рослин, ферментів та інших лікарських препаратів.

(Проілюструйте прикладами кожну із галузей мікробіологічної промисловості, зга­даних у тексті).

4. В міру концентрації тваринництва, росту міст і великих населених пунктів роль мікро­організмів, інтенсифікуючих біологічну очистку стічних вод і перетворюючих гній та інші органічні відходи у родючий гумус, буде набувати все більшого значення.

(Розкрийте роль біотехнології у вирішенні даної проблеми).

5. В США за допомогою ферментів, що виділяють мікроорганізми, з кукурудзи виробляють 2 млн. тонн фруктозного сиропу. Так як фруктоза вдвічі солодша від сахарози, її використання дозволяє значно зменшити споживання цукру, шкідливого в певній мірі для здоров'я людини.

- Які завдання треба вирішити біотехнології для того, щоб і в нашій країні організувати отримання великої кількості дешевої фруктози, що замінює цукор?

VІІ. Підсумок уроку.

- Наша зустріч доходить до кінця. Проте я не хочу ставити крапку у цій розмові. Мені б дуже хотілося, щоб ви ще раз осмислили отриману сьогодні інформацію, донесли її до своїх рідних, близьких, друзів. Як і будь-яка сучасна людина, кожен з вас, з огляду на цю інформацію, може виробити власну життєву позицію щодо проблеми застосування трансгенних культур. Дякую за активну роботу і змістовний діалог.

Пропонуємо учням самостійно підвести підсумок уроку, звертаючи увагу на ті нові знання, які вони отримали в ході уроку.

VІІІ. Домашнє завдання.

Вивчити § 22 підручника, відповісти на питання до § 22 на ст. 104 – 105;

повторити §§18 – 21, підготува