Презентация на тему "Биотехнология –достижения и проблемы" 5 класс

Содержание

• 
  Слайд 1

  Биотехнология –достижения и проблемы

• 
  Слайд 2
  

  Современная биотехнология — это наука о генно-инженерных и клеточных методах создания и использования генетически трансформированных биологических объектов для интенсификации производства или получения новых видов продуктов различного назначения.

• 
  Слайд 3

  Разделы биотехнологии

  Промышленная биотехнология (биотехнологические производства, использующие преимущественно микроорганизмы). Клеточная инженерия (культивирование растительных и животных клеток). Генная инженерия (получение трансгенных организмов с новыми или усиленными свойствами и признаками).

• 
  Слайд 4

  Промышленная биотехнология

  Фармацевтическая биотехнология (вакцины, ферменты, инсулин, интерфероны, витамины, антибиотики, биодеградируемые пластмассы, биосовместимые материалы, тест-системы). Сельскохозяйственная биотехнология (биологическая азотфиксация, микробные инсектициды и пестициды, кормовые препараты). Биоэлектроника (биосенсоры, биочипы). Биоэнергетика (пр-во биогаза путем метанового «брожения» отходов, дешевый спирт как топливо, фотогальванические элементы из бактериородопсина). Биотехнологическая очистка сточных вод. Биогеотехнология (извлечение металлов из руд, десульфуризация углей, борьба с метаном в угольных шахтах, повышение нефтеотдачи пластов).

• 
  Слайд 5
  

  Выщелачивание меди, урана и др.

• 
  Слайд 6

  «Грибные» биотехнологические продукты

  Антибиотики (пенициллин и др.). Ферменты (амилазы, протеазы, целлюлаза и др.) Органические кислоты: лимонная, щавелевая, итаконовая, фумаровая и др. Аминокислоты в промышленных масштабах. Грибные алкалоиды (спорыньи, псилоцибе мексиканской и др.). Витамины (β-каротин, группа В, D и др.). Кормовые препараты витаминов и белков. Регуляторы роста растений. Препараты для биологической защиты растений от болезней и вредителей.

• 
  Слайд 7

  Клеточная инженерия

  конструирование клеток нового типа; создание химер агрегационным или инъекционным методом (генетическая мозаичность химер не наследуется); выращивание целого организма (клона) из одной соматической клетки или из культуры тканей.

• 
  Слайд 8

  Клонирование

  Растений, грибов и микроорганизмов – бесполое размножение зачатками многоклеточными или одноклеточными Животных – многоплодность за счет близнецов; создание клонов методами биоинженерии; трансплантация эмбрионов.

• 
  Слайд 9

  Клон - точная копия?

  Точное воспроизведение растения, животного или человека невозможно. Новый организм обязательно будет отличаться от материнского за счет соматических мутаций, эпигенетической изменчивости, влияния окружающей среды на фенотип и случайных отклонений в ходе онтогенеза.

• 
  Слайд 10

  Клеточная инженерия растений

  Ускоренное клональное микроразмножение растений, позволяющее из одного экспланта получать до 1 млн. растений в год; Получение безвирусных растений; Мультиферментные системы из культивируемых в суспензии клеток; Культивирование иммобилизованных клеток и протопластов; Отдалённая (до семейств) гибридизация при слиянии растительных протопластов и др.

• 
  Слайд 11

  Культуры растительных клеток в суспензиях

  Растения: женьшень, раувольфия змеиная, наперстянка шерстистая и пурпурная, диоскорея дельтовидная, воробейник, белладонна, паслён дольчатый, дурман обыкновенный, ландыш майский, клещевина, агава, мак снотворный и др. Продуцируют: алкалоиды, терпеноиды, гликозиды, полифенолы, полисахариды, эфирные масла, пигменты, антиканцерогены (птотецин, харрингтонин), пептиды (ингибиторы фитовирусов).

• 
  Слайд 12

  Проблемы культивирования клеток в суспензии

  Клетки растений очень крупные, и их размеры меняются в процессе онтогенеза. Оседание тяжёлых клеток приводит к появлению «мёртвых» зон в сосудах. Чем крупнее клетка, тем больше опасность её повреждения в процессе перемешивания (механический стресс). Клетки прилипают друг к другу и к мешалкам.

• 
  Слайд 13

  Успехи клонирования животных

  Овечка Долли (1996-2003) и Йен Уилмат - один из ученых, проводивших эксперимент.

• 
  Слайд 14

  Первые клонированные животные

  1996 — овечка Долли 1997 — мышь 1998 — корова 1999 — козёл 2000 — свинья 2001 — кошка, гаур (дикий бык) 2002 — кролик 2003 — лошадь, мул, олень, крыса 2005 — собака, волк 2006 — хорёк 2009 — верблюд

• 
  Слайд 15

  Клеточная инженерия человека

  Экстракорпоральное оплодотворение; Криоконсервация эмбрионов; Многолетнее ведение культур клеток человека, например, HeLa, полученных от Генриетты Лакс, умершей от рака шейки матки; Культивирование фибробластов и др.; Использование стволовых клеток в медицине и др.

• 
  Слайд 16

  Эмбриональная стволовая клетка мыши

• 
  Слайд 17
  

  Достижения в области изучения и терапевтического использования стволовых клеток

  Испанские хирурги провели первую в мире трансплантацию целого органа, выращенного из стволовых клеток пациента - биоинженерную трахею.

• 
  Слайд 18
  

  Трахея была выращена из стволовых клеток, полученных из костного мозга пациента.

• 
  Слайд 19

  Возможный материал для получения стволовых клеток

• 
  Слайд 20

  Создание iPS-клеток

  iPS-клетки (Induced Pluripotent Stem cells)- индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Основной метод перепрограммирования для получения iPS-клеток - использование вирусных векторов - чужеродная ДНК (вируса или бактериофага) включается в генетический аппарат клетки и с помощью её обменных механизмов начинает синтезировать «свой» белок.

• 
  Слайд 21
  

  Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки впервые были получены командой Шинья Яманака в Университете Киото (Япония) в 2006 году. Исходным материалом послужили фибробласты мыши.

• 
  Слайд 22

  Фибробласты эмбриона мыши

• 
  Слайд 23

  Генная инженерия

  Конструирование рекомбинантных молекул ДНК, внедрение селективных и репортёрных генов; Генетическая паспортизация; Диагностика генетических заболеваний; Создание ДНК-вакцин; Генотерапия различных заболеваний; Международная научная программа «Нокаут всех генов»(на мышах).

• 
  Слайд 24

  История становлениягенной инженерии

  конструирование специальных штаммов кишечной палочки для промышленного производства человеческих гормонов – инсулина (1978 г.), гормона роста (1982 г.) и др.; получение трансгенных организмов с гибридной ДНК; создание линий (пород, сортов), устойчивых к вирусным заболеваниям, а также линий с полезными для человека признаками; выращивание лабораторных животных со светящимися тканями и другими маркерами.

• 
  Слайд 25
  

  Мышь, маркированная геном GFP

• 
  Слайд 26
  

  Широко используются для прижизненного мечения белков, органелл и клеток генетические флуоресцирующие маркеры типа GFP (зелёные) и RFP (красные). Ген, кодирующий зелёный флуоресцентный белок первоначально был выделен из медуз, а ген, кодирующий красный флуоресцирующий белок - из морского анемона. В настоящее время выведено несколько линий трансгенных мышей, крыс, свиней, обладающих светящимися тканями. Это позволяет проследить судьбу отдельных клеток и органелл при изучении стволовых клеток, трансплантантов и др.

• 
  Слайд 27
  

  Зелёный флуоресцентный белок (GFP) впервые был выделен из медуз Aequorea victoria в начале 60-х гг ХХ в. японским ученым Осама Симомура. В 90-х годах Мартин Челфи успешно получал экземпляры червя Caenorhabditis elegans со светящимися нейронами. Роджер Циен создал многоцветную «палитру» светящихся белков и множество методов их использования. За свои работы в области флуоресцентных белков эти ученые получили Нобелевскую премию 2008 года в области химии

• 
  Слайд 28

  «Светящиеся» ткани у трансгенных кур

• 
  Слайд 29

  Мыши с «радужным мозгом»

  Комбинируя исходные гены (синий, желтый, красный), ученым удалось создать 100-цветную палитру «светящихся» белков. Выведены мыши «brainbow», у которых разные нейроны мозга «окрашены» в разные цвета. «Brain» - мозг, «rainbow» - радуга. В русском языке пока нет научного аналога «brainbow» («радужный мозг»).

• 
  Слайд 30
  

  В мозге живой мыши хорошо различимы отдельные нейроны (зубчатая извилина гиппокампа; конфокальный микроскоп) Разноцветные пучки аксонов (поперечный срез ствола мозга; конфокальный микроскоп)

• 
  Слайд 31
  

  «Светящиеся» рыбки данио рерио (GloFish) стали первым общедоступным генетически модифицирован-ным домашним животным.

• 
  Слайд 32

  Методы введения генов в клетку

  При помощи векторов (бактериальные плазмиды, вирусы, транспозоны и др.). Прямое введение гена в клетку (трансфекция, микроинъекция, электропорация, метод «мини-клеток», упаковка в липосомы, электронная пушка)

• 
  Слайд 33

  «Генная пушка»

  Метод биологической баллистики является одним из самых эффективных методов трансформации растений, особенно однодольных (кукуруза, рис, пшеница, ячмень). Генные конструкции напыляют на частички вольфрама, платины или золота (0,6-1,2 мкм) и выстреливают ими из пушки по суспензии клеток с расстояния 10-15 см. Вместо суспензии клеток можно стрелять по пыльце (гаплоидные трансформанты табака).

• 
  Слайд 34
  

  Генная пушка

• 
  Слайд 35

  Введение генов животным

  Лучшие векторы созданы на основе ретровирусов (вирус лейкоза мышей и др.). Ретровирусы обеспечивают около 40% от всех трансформаций, реже используют аденовирусы (из-за сильного иммунного ответа). Около 25% генов вводят путем упаковки ДНК в липосомы.

• 
  Слайд 36

  Фетальная генотерапия животных

  Лечение мышей с наследственным дефицитом гормона роста, наследственным дефицитом основного белка миелина и наследственным дефицитом бета-цепи глобина. Трансгенные животные получаются из 15-20% яйцеклеток с инъецированной ДНК, и лишь у 20-30% животных введенный ген экспрессируется. Велика опасность повреждения гена хозяина (инсерционный мутагенез), что может стать причиной злокачественного новообразования .

• 
  Слайд 37

  Соматическая генотерапия животных

  в 2007 г. мыши, больные человеческой серповидноклеточной анемией, были вылечены с помощью перепрограммированных клеток своей кожи.

• 
  Слайд 38
  
• 
  Слайд 39
  

  В 2008 г. биологи Гарвардского университета сумели перепрограммировать взрослые клетки в эмбриональные непосредственно в живом организме, не извлекая из него эти клетки. Эксперимент был проведен на клетках поджелудочной железы взрослых мышей, в результате этого из обычных клеток были получены клетки, производящие инсулин.

• 
  Слайд 40

  Успехи генетической инженерии в экспериментах над приматами

  Доказана возможность «вживления» искусственно модифицированного гена в ткани взрослых особей приматов; Доказана пластичность центральной нервной системы, которая готова принять сигналы от новых рецепторов без глубоких качественных перестроек.

• 
  Слайд 41
  

  Саймири в эксперименте по «вживлению» гена «длинноволнового» опсина в сетчатку глаз.

• 
  Слайд 42
  
• 
  Слайд 43
  

  Через несколько недель после инъекции вектора (аденовируса с встроенным геном длинноволнового опсина) взрослые обезьяны из дальтоников превратились в обезьян с трехцветным зрением.

• 
  Слайд 44
  
• 
  Слайд 45

  Соматическая генотерапиячеловека

  Амавроз Лебера - врождённая слепота. Инъекция вектора с геном, кодирующим светочувствительный пигмент, в сетчатку глаза. Муковисцидоз - поражение эпителия лёгких и др. Аденовирусный вектор или липосомы вводят в форме аэрозоля в дыхательные пути больного. Прогрессирующая мышечная дистрофия Дюшенна. Ген дистрофина инъецируют в мышцы.

• 
  Слайд 46

  Начало применения генной инженериив сельском хозяйстве

  Первые трансгенные растения (растения табака со встроенными генами из микроорганизмов) были получены в 1983 г. Первые успешные полевые испытания трансгенных растений (устойчивые к вирусной инфекции растения табака) были проведены в США в 1986 г.

• 
  Слайд 47
  

  Первые трансгенные продукты появились в продаже в США в 1994 г. томаты «Flavr Savr» с замедленным созреванием, созданные фирмой «Calgen»; гербицид-устойчивая соя компании "Monsanto". Уже через 1-2 года биотехнологические фирмы поставили на рынок целый ряд генетически изменённых растений: томатов, кукурузы, картофеля, табака, сои, рапса, кабачков, редиса, хлопчатника.

• 
  Слайд 48

  Трансгенные томаты

  Переживание бактериоза: слева трансгенное растение томата, справа - обычное

• 
  Слайд 49

  Трансгенный хлопчатник

  В 1997 году в Китае начали выращивать трансгенный хлопчатник, в геном которого был вставлен ген бактерии Bacillus thuringiensis. Белок, кодируемый этим геном, токсичен только для гусениц некоторых бабочек. Повысились урожаи хлопка. Резко сократилось использование химических ядов, что сильно улучшило экологическую обстановку в сельскохозяйственных районах Китая.

• 
  Слайд 50
  

  Гусеница хлопковой совки (Helicoverpa armigera)

• 
  Слайд 51
  

  В 1999 г. трансгенные растения были высажены на общей площади порядка 40 млн. га; В США генетически модифицированные растения (GM Crops) составляют около 50% посевов кукурузы и сои и более 30-40% посевов хлопчатника;

• 
  Слайд 52
  

  В XXI векеначала развиваться «метаболическая инженерия» - получение организмов, содержащих ценные белки, модифицированные полисахариды, съедобные вакцины, антитела, интерфероны и другие "лекарственные" белки.

• 
  Слайд 53

  Успехи в выведении трансгенных животных

  В 1980-х гг. фирма «AquaBounty» (Массачусетс) ввела в икринки атлантическоголосося конструкцию из «антифризного» гена бельдюги и изменённого гена гормона роста лосося - получился ген, синтезирующий избыток гормона роста и работающий круглый год, а не только в теплые месяцы. Позже были выведены гигантские форели, тиляпии, палтусы и другие рыбы.

• 
  Слайд 54

  Трансгенные рыбы

  За год трансгенные лососи (а) вырастают в 10 - 11 раз крупнее обычных, тиляпии (в) в 1,5 - 2 раза крупнее обычных

• 
  Слайд 55

  Трансгенный КРС

  Созданы трансгенные коровы, в молоке которых содержится человеческий белок лактоферрин, необходимый для питания грудных детей, больных и ослабленных людей. В литре молока обычной коровы содержится 0,02 г лактоферрина. В литре молока коров корпорации «Gene Farm» – 1 грамм человеческого лактоферрина. Все они – потомки быка по кличке Герман, который родился в 1990 году в Голландии.

• 
  Слайд 56

  Трансгенные козы

  совместный российско-белорусский проект «БелРосТрансген», работа началась в 2002 году; цель проекта - промышленный выпуск детского питания для грудных детей на основе козьего молока с человеческим лактоферрином; задача – получить коз, выдающих до 50 г/л лактоферрина в молоке; в 2007 году родились первые трансгенные козлики Лак-1 и Лак-2; весной 2009 родились четыре козочки и восемь козликов, половина потомства наследует необходимый ген.

• 
  Слайд 57

  Лак-1 и Лак-2 (г. Жодино, 2007 г.)

• 
  Слайд 58

  Потомственный «лактоферриновый» козленок (Жодино, весна 2009 г.)

• 
  Слайд 59

  Трансгенные овцы

  В начале 90-х гг. в Институте биологии гена Российской академии наук созданы овцы с геном химозина из КРС. В 1999 году началось промышленное производство химозина из молока трансгенных овец в ГПЗ «Трудовой» (Саратовская обл.). Себестоимость в 4-5 раз ниже, чем при получении из сычугов забитых молочных телят. От одной овцы за сезон можно получить достаточно фермента, чтобы приготовить 30 тонн сыра. Для процесса сыроварения химозин можно не выделять, а просто залить 50 тонн молока КРС несколькими литрами овечьего молока и перемешать.

• 
  Слайд 60

  Трансгенные свиньи

  В нашей стране были получены свиньи, несущие ген соматотропина (гормона роста). В отличие от мышей, трансгенных по соматотропину, свиньи не выросли вдвое, но зато стали менее жирными и более мясными. Трансгенные свиньи со встроенным геном инсулиноподобного фактора были созданы для изучения цепи биохимических превращений инсулина, а побочным эффектом оказалось укрепление иммунной системы свиней.

• 
  Слайд 61

  Трансгенные куры

  В 2005 г. фирма «Origen Therapeutics» (Калифорния) в куриных яйцах получила антитела к раку предстательной железы человека. Противораковая активность этих антител оказалась в 10-100 раз большей, чем у антител, полученных другими методами. В 2005 г. британская «Oxford Biomedica» в сотрудничестве с американской компанией «Viragen» и Рослинским институтом получила в белке трансгенных яиц антитела против одного из видов рака кожи – меланомы.

• 
  Слайд 62
  

  В настоящее время биотехнологические продукты составляют около четверти всех товаров в мире.

• 
  Слайд 63

  Спасибо за внимание!

  ссылки www.biotechnolog.ru www.transgen.ru www.xumuk.ru elementy.ru humbio.ru ru.wikipedia.org Презентация подготовлена О.А.Корниловой, д.б.н., проф. каф. зоологии РГПУ им. А.И.Герцена