Надо Знать

добавить знаний



Биотехнология



План:


Введение

Кристаллы искусственного Инсулина.

Биотехнология (Βιοτεχνολογία, от греч. bios - Жизнь, techne - искусство, мастерство и logos - слово, учение) - использование живых организмов и биологических процессов в производстве. Биотехнология - междисциплинарная область, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук. С развитием биотехнологии связывают решение глобальных проблем человечества - ликвидацию нехватки продовольствия, энергии, минеральных ресурсов, улучшение состояния здравоохранения и качества окружающей среды.


1. Метод

Биологический метод заключается в использовании для защиты растений от вредных организмов их естественных врагов (хищников, паразитов, гербофагив, антагонистов), продуктов их жизнедеятельности (антибиотиков, феромонов, ювеноидив, биологически активных веществ) и энтомопатогенных микроорганизмов с целью уменьшения их численности и вредоносности и создание сприятливих умов для діяльності корисних видів у агробіоценозах, тобто застосування "живого проти живого". Позитивним фактором у застосуванні біологічного методу є його екологічність. Біологічні засоби можна використовувати без обмеження кратності застосування, в той час як кількість обробок рослин хімічними пестицидами суворо регламентована. Біологічний метод захисту рослин - сучасна фундаментальна прикладна галузь знань, головною метою якої є отримання високоякісної екологічної продукції і збереження природного різноманіття сільськогосподарських культур. Біологічний захист рослин ґрунтується на системному підході, комплексній реалізації двох основних напрямків: збереження і сприяння діяльності природних популяцій корисних видів (ентомофагів, мікроорганізмів), самозахисту культурних рослин в агробіоценозах та поновлення агробіоценозів корисними видами, яких в них не вистачає або тих, які відсутні. Принциповою відміною біологічного методу захисту рослин від будь-якого іншого є використання саме першого напрямку, який здійснюють, застосовуючи біологічні препарати, способами сезонної колонізації, інтродукції та акліматизації зоофагів і мікроорганізмів. Розмноженню і ефективності діяльності корисних видів сприяють агробіотехнічні заходи, та деякі способи обробітку ґрунту за допомогою яких можна створювати сприятливі умови для життєдіяльності зоофагів. Безвідвальна оранка бурячищ призводить до накопичення ценокрепіса - паразита бурякового довгоносика. Створення умов для додаткового живлення дорослих комах підсилює діяльність зоофагів. Підсів нектароносів поряд з посівами сільськогосподарських культур і створення квітучого конвеєра (фацелії, віки, рапсу, гірчиці, гречки тощо) сприяють накопиченню для додаткового живлення і збільшенню чисельності анафеса - паразита п'явиць і щитоносок, мух дзюрчалок, золотоочок хижаків попелиць, ускакни паразита горохової зернівки, апантелесів, птеромалюса, ернестії паразитів лускокрилих на капусті. Додаткове живлення нектаром і пилком продовжує життя і збільшує плодючість багатьох зоофагів. Важливим агротехнічним заходом є вирощування стійких до шкідливих організмів сортів культурних рослин, що сприяє формуванню слабожиттєздатних популяцій шкідників. Кожен з основних засобів біологічного методу (застосування зоофагів, корисних в захисті рослин мікроорганізмів) має свої особливості і виявляє ефективність у відповідних умовах. Ці засоби не виключають, а доповнюють один одного. Нині особливу увагу приділяють пошуку шляхів спільного застосування біологічного захисту з іншими методами в інтегрованих системах захисту рослин від шкідливих організмів. Основним завданням даного методу є вивчення умов, які визначають ефективність природних ворогів шкідливих організмів і розробка способів регулювання їх чисельності і взаємовідносин з популяціями шкідливих організмів. До природних ворогів комах належать ентомофаги (хижаки і паразити) та хвороботворні (ентомопатогенні) мікроорганізми. До останніх належать збудники вірусних, бактеріальних, грибних, протозойних і нематодних (паразитичні види круглих червів) захворювань. Найчисельніші ентомофаги серед комах, павуків, кліщів. Значну користь у знищенні шкідників приносять хребетні тварини - комахоїдні птахи, риби, плазуни і ссавці. Ефективні хижаки належать до ряду твердокрилих, багато видів, що застосовуються для захисту рослин від шкідників, належать до родини кокцинелід або сонечок, які живляться попелицями, листокрутками, білокрилками, кліщами-фітофагами. Велику корисну роль в агробіоценозах відіграють хижі жужелиці, що живляться комахами, котрі мешкають у ґрунті, а саме: гусеницями підгризаючих і листогризучих совок, лучного і стеблового метеликів, дротяниками та несправжньодротяниками. Деякі хижаки мешкають на рослинах (красотіл великий) і знищують гусінь непарного кільчастого шовкопряда. Кримська жужелиця знищує шкідливих слимаків у садах і лісах Криму, червононога жужелиця живиться личинками і лялечками колорадського жука. Часто темп розмноження попелиць, листоблішок, кліщів стримують хижі личинки мух сирфід, галиць, сітчатокрилі, трипси та клопи. Ентомофаги мешкають у різноманітних екологічних умовах і тому відзначаються різними способами життя. Хижаки відкладають яйця в колонії попелиць, листоблішок, кокцид, кліщів або в середовище, що їх оточує. Одні живляться тільки у фазі личинки (мухи сирфіди, галиці, золотоочка звичайна), чи в дорослій фазі (скорпіонові мухи, мурашки, багато видів ос), інші - в дорослій фазі і фазі личинки (трипси, клопи, більшість сітчастокрилих, кокцинеліди, жужелиці, мухи ктирі тощо). Багато факультативних хижаків серед клопів (макролофус, подізус) Більшість ефективних хижаків серед кліщів належать до ряду паразитоформних і акаріформних. Найбільш вивчені і ефективні паразитоморфні кліщі родини фітосеїд, акаріморфні аністиди, хейлетиди, стігмеїди. Основними способами застосування ентомофагів і акаріфагів проти шкідників є: сезонна колонізація, інтродукція і акліматизація, внутрішньоареальне переселення, створення умов для їх розмноження. Сезонна колонізація передбачає штучне масове розведення і випуск ентомофагів в природу. В популяціях ентомофаги часто знаходяться в незначній кількості і самостійно не можуть стримувати розмноження шкідників. Масовий випуск комах здійснюється на початку фази, яка ушкоджується ентомофагом, в подальшому передбачається що вони будуть розмножуватись самостійно. Спосіб сезонної колонізації передбачає застосування видів роду трихограма, які використовуються проти підгризаючих, листогризучих совок, біланів, молей, листокруток тощо, та паразитів тепличної білокрилки енкарзію, дракона - паразита бавовняної совки, стеблового метелика, хойою - паразита американського білого метелика тощо. Використовують і хижаків - криптолемуса проти червеців, фітосейулюса проти павутинного кліща, хижу галицю афідимізу для знищення попелиць в захищеному ґрунті тощо. Інтродукція і акліматизація застосовуються проти карантинних шкідників, які мають обмежене розповсюдження в країні. Природні вороги обмежують розмноження шкідника на його батьківщині, а в новому географічному районі вони відсутні. Ефективних зоофагів і мікроорганізмів для завезення і акліматизації знаходять на батьківщині шкідливого організму і переселяють у нові райони. Найкращі результати отримують при завезенні вузькоспеціалізованих видів, які пристосовані до існування за рахунок одного шкідника, хвороби, бур'яну. Успішним було використання афелінуса проти кров'яної попелиці, родолії проти австралійського жолобчастого червиця, гриба ашерсонії проти цитрусової білокрилки. Внутрішньоареальне переселення полягає у переселенні ефективних, частіше спеціалізованих, природних ворогів із старих вогнищ, де чисельність шкідливих організмів знижується, у нові, які виникають в інших частинах ареалу виду, де ці вороги відсутні або ще не накопичилися. Мікроорганізми, які ушкоджують шкідливі види, для захисту рослин застосовуються у формі біологічних препаратів. Більшість біологічних бактеріальних препаратів створено на основі кристалоутворюючих бактерій групи Bacillus thuringiensis Berl., які утворюють спори і кристали, здатні розчинятися у кишечнику комах, куди вони потрапляють із кормом. У боротьбі з лускокрилими шкідниками сільськогосподарських культур і і лісу застосовуються такі препарати як лепідоцид, дендробацилін, гомелін, бітоксибацилін, наводор, астур, ентобактерін тощо. Препарат гаупсин, створений на основі неспорової бактерії Pseudomonas aureophaciens, використовується проти гусені яблуневої плодожерки і парші, борошнистої роси, плодової гнилі на яблуні і ґрунті. Для захисту від гризунів (полівок, мишей, щурів) дозволено використання наземним способом бактороденцида, зернового і амінокісткового, основою якого є бактерія Salmonella enteritidis. Грибні препарати містять спори ентомопатогенних грибів, що належать до недосконалих. Препарат боверин (концентрат БЛ і сухий порошок) використовується проти колорадського жука, гусені яблуневої плодожерки, оранжерейної білокрилки, на ефіроолійних культурах; вертицилін зерновий - проти оранжерейної білокрилки на огірках закритого ґрунту; пециломін - проти гусені плодожерок; метаризин - проти твердокрилих (бурякового і люцернового довгоносиків, дротяників); мікоафідин і мікоафідин Т - проти горохової та інших попелиць; нематофагін - проти галових нематод на овочевих культурах закритого ґрунту. Вірусні біологічні препарати (вірини) виготовляються на основі вірусів поліедрозу і гранульозу, які найчастіше уражують лускокрилих. Зараз рекомендовані для застосування рідкий препарат вірин-НШ проти шовкопряда-недопарки, вірин-КШ проти кільчастого шовкопряда в садах і плодозахисних смугах, вірин-КС проти гусені 1-2 віку капустяної совки на капусті і інших овочевих культурах, вірин-ОС (вірус гранульозу з домішкою вірусу поліедрозу озимої совки) на овочевих і баштанних культурах проти гусені 1-2 віку озимої совки, вірин-ГЯП на основі вірусу гранульозу яблуневої плодожерки (застосовується проти гусені, що відродилася), вірин АБМ. В живих системах на всіх рівнях організації поширеним способом передачі інформації є хімічна комунікація. Останнім часом велика увага приділяється розробці і застосуванню біологічно активних речовин, які забезпечують взаємовідносини між живими організмами в біоценозах, їх ріст і розвиток. Основною групою біологічно активних речовин є феромони. Феромони - хімічні речовини, які виробляють і виділяють в довкілля комахи. Ці речовини викликають відповідні поведінкові або фізіологічні реакції. Існують різні групи феромонів - статеві, агрегаційні, слідові тощо. Найбільшого поширення у практиці захисту рослин набули статеві феромони, які найчастіше виділяють самки для приваблювання самців. Найбільш вивченими є феромони лускокрилих, жорсткокрилих, клопів, сітчастокрилих, термітів. На основі визначення структури природних феромонів комах створені їх синтетичні аналоги. Статеві феромони використовуються для виявлення і визначення зони поширення шкідників, для сигналізації строків застосування захисних заходів, визначення щільності популяцій шкідників, а також для захисту посівів шляхом масового відлову самців ("самцевого вакууму") і дезорієнтації, приваблення самців при хімічній стерилізації. Феромонні пастки слід виставляти за 7-10 днів до початку льоту імаго і щоденно оглядати. Після відлову перших самців огляд пасток, підрахунок і збір комах проводять кожні 5-7 днів. Капсули міняють через 30-35, клейові вкладки - через 10-15 днів. Масовий відлов шкідників проводиться за допомогою великої кількості пасток (від 10-30 до 100 і більше на 1 га). Спосіб дезорієнтації комах передбачає насичення площі високими концентраціями синтетичного феромону і порушення феромонної комунікації між самцями та самками. В результаті неспарені самки відкладають незапліднені яйця, що й зумовлює зниження чисельності виду. Встановлено, що процесу метаморфозу, линьки, розмноження і діапаузи комах регулюють гормони. Найбільш вивченими є ювенільний (личинковий), екдизон (линочний) і мозковий. Гормони були синтезовані і отримані як хімічні сполуки, що за структурою відрізняються від природних, але імітують їх біологічну активність - виконують роль регуляторів росту і розвитку комах. В захисті рослин практичного застосування набули інгібітори синтезу хитину і ювеноїди. Гормональні препарати за своєю дією значно відрізняються від традиційних інсектицидів. Вони не токсичні, але зумовлюють порушення ембріонального розвитку, метаморфозу, викликають стерилізацію. Інгібітори хітину порушують формування кутикули під час линьки. Ювеноїди викликають загибель при завершенні личинкового або лялечкового розвитку, є інгібіторами синтезу хитину при черговій линці. До застосування в практиці захисту рослин дозволені такі регулятори росту і розвитку комах: ювеноїди альтозид, кабат, майнекс, інстар, інсегар; інгібітори синтезу хитину димілін, алсистин, андалін, аплауд, ЕЙМ, сонет, номолт, каскад. Біологічний метод боротьби з хворобами рослин полягає у використанні існуючих у природі явищ надпаразитизму, антибіозу, тобто антагоністичних відносин між організмами, які розвиваються на рослинах і в ґрунті. В наш час найбільша увага приділяється вивченню і використанню антагоністів і продуктів їх життєдіяльності - антибіотиків. Як антагоністи багатьох фітопатогенів добре вивчені і застосовуються гриби роду Trichoderma. Вони поширені в ґрунтах різних типів і продукують антибіотики - гліотоксин, віридин, триходермін, соцукацилін, аламецин тощо, які мають антибактеріальні і антигрибні властивості. На основі цих збудників створено препарат триходермін - БЛ. Проти борошнистої роси огірка в захищеному ґрунті пропонується препарат бактофіт на основі бактерії Bacillus subtilis. Важлива роль у біологічному захисті рослин від хвороб відведена мікрофільним грибам - над паразитам (роду Ampelomyces, Trichothecium). Незавершений гриб Trichothecium roseum Lin утворює антибіотик трихотецин, який пригнічує розвиток і ріст багатьох грибів - збудників борошнистої роси огірків, моніліозу тощо. На його основі створений біологічний препарат трихотецин. Фітобактеріоміцин (ФБМ), продукт життєдіяльності Actinomyces lavendulae, рекомендований проти бактеріозів квасолі, кореневих гнилей пшениці, коренеїда цукрових буряків, слизового та судинного бактеріозу капусти. Біологічний метод боротьби з бур'янами вперше було застосовано проти чагарника лантани на Гавайських островах червеця Orthezia insignis Pung. В Україні біологічний захист застосовується проти паразитичної безхлорофільної рослини вовчка, яка уражує понад 120 видів культурних рослин, а найбільше соняшник. Серед організмів, які зменшують чисельність вовчка, найактивнішою є муха фітоміза. Нині великого значення набуває боротьба з амброзією полинолистою, яка поширюється в Україні на орних землях, пасовищах, луках, узбіччях доріг. В 1978 році проти неї був використаний інтродукований з Північної Америки амброзієвий листоїд. В цьому напрямку була проведена велика робота вченими інституту зоології АН РФ. Генетичний метод боротьби з шкідливими організмами був розроблений і запропонований А. С. Серебровським (1938, 1950). Цей метод передбачає насичення природної популяції шкідника генетично неповноцінними особинами того ж виду. Самки природної популяції, спаровуючись з такими особинами, відкладають нежиттєздатні яйця, не дають потомства, відбувається самознищення шкідника. Генетичний метод здійснюється способами променевої і хімічної стерилізації. Спосіб променевої стерилізації передбачає масове розведення шкідників, опромінення їх (гамма-променями, рентгенівськими променями) і наступний випуск в плодові насадження, посіви сільськогосподарських культур. У опромінених особинах виникають пошкодження хромосомного апарату. При хімічній стерилізації у якості стерилізаторів використовуються хімічні речовини, які належать до алкилючих сполучень, антиметаболітів і антибіотиків. Перші викликають статеву стерильність самок і самців, антиметаболіти обумовлюють стерильність самок. Генетичний метод боротьби був застосований у 1954 році проти сірої м'ясної мухи на острові Кюрасао, яка наносить великої шкоди тваринництву. Випуск стерилізованих особин був успішним. Генетичному методу боротьби притаманна вибірковість, його застосування не зв'язане з негативним впливом на довкілля і не сприяє з'явленню стійкості до факторів стерилізації.


1.1. Історія біотехнології

З найдавніших часів людина використовувала біотехнологічні процеси при хлібопеченні, готуванні кисломолочних продуктів, у виноробстві тощо, але лише завдяки роботам Луї Пастера в середині 19 століття., що доказали зв'язок процесів шумування з діяльністю мікроорганізмів, традиційна біотехнологія одержала наукову основу. У 40-50-ті роки 20 ст., коли був здійснений біосинтез пеніцилінів методами ферментації, почалася ера антибіотиків, що дала поштовх розвитку мікробіологічного синтезу і створенню мікробіологічної промисловості. У 60-70-ті р. 20 ст. почала бурхливо розвиватися клітинна інженерія. Зі створенням у 1972 групою П. Берга в США першої гібридної молекули ДНК in vitro формально пов'язане народження генетичної інженерії, що відкрила шлях до свідомої зміни генетичної структури організмів таким чином, щоб ці організми могли робити необхідні людині продукти і здійснювати необхідні процеси. Ці два напрямки визначили образ нової біотехнології, що має мало загального з тією примітивною біотехнологією, що людина використовувала протягом тисячоріч. Показово, що в 1970-ті рр. одержав поширення і самий термін біотехнологія. З цього часу біотехнологія нерозривно пов'язана з молекулярною і клітинною біологією, молекулярною генетикою, біохімією і біоорганічною хімією. За стислий період свого розвитку (25-30 років) сучасна біотехнологія не тільки домоглася істотних успіхів, але і продемонструвала необмежені можливості використання організмів і біологічних процесів у різноманітних галузях виробництва і народного господарства.


2. Біотехнологія як наука

Біотехнологія - це комплекс фундаментальних і прикладних наук, технічних засобів, спрямованих на одержання і використання клітин мікроорганізмів, тварин і рослин, а також продуктів їх життєдіяльності: ферментів, амінокислот, вітамінів, антибіотиків та ін.

Біотехнологія, яка включає промислову мікробіологію, базується на використанні знань і методів біохімії, мікробіології, генетики і хімічної технології, що дає змогу діставати користь у технологічних процесах із властивостей мікроорганізмів та клітинних культур. Що стосується більш сучасних біотехнологічних процесів, то вони базуються на методах рекомбінантних ДНК, а також на використанні іммобілізованих ферментів, клітин і клітинних органел.

Основные направления исследований:

  • Разработка научных основ создания новых биотехнологий с помощью методов молекулярной биологии, генетической и клеточной инженерии.
  • Получение и использование биомассы микроорганизмов и продуктов микробиологического синтеза.
  • Изучение физико * химических и биохимических основ биотехнологических процессов.
  • Использование вирусов для создания новых биотехнологий.

3. Применение

Биотехнология применяется вокруг нас во многих предметах повседневного обихода - от одежды, которую мы носим, ​​до сыра, который мы потребляем. На протяжении веков фермеры, пекари и пивовары использовали традиционные технологии для изменения и модификации растений и продуктов питания - пшеница может служить древним примером, а нектарин - одним из последних примеров. Сегодня биотехнология использует современные научные методы, которые позволяют улучшить или модифицировать растения, животные, микроорганизмы с большей точностью и предсказуемостью.

Потребители должны иметь возможность выбора из более широкого списка безопасных продуктов. Биотехнология может дать потребителям возможность такого выбора - не только в сельском хозяйстве, но также в медицине и топливных ресурсах.


3.1. Преимущества биотехнологий

Биотехнология предлагает огромные потенциальные преимущества. Развитые страны и развивающиеся страны, должны быть прямо заинтересованы в поддержании дальнейших исследований, направленных на то, чтобы биотехнология могла полностью реализовать свой потенциал.

Биотехнология помогает окружающей среде. Позволяя фермерам сократить количество пестицидов и гербицидов, биотехнологические продукты первого поколения привели к уменьшению их использования в сельскохозяйственной практике, а будущие продукты биотехнологий должны принести еще больше преимуществ. Уменьшение пестицидного и гербицидного нагрузки означает меньший риск токсического загрязнения почв и грунтовых вод. Кроме того, гербициды, применяемые в сочетании с генетически модифицированными растениями, часто являются более безопасными для окружающей среды, чем гербициды предыдущего поколения, на смену которым они приходят. Культуры, выведенные методами биоинженерии, также ведут к широкому применению безотвальной обработки почвы, в конечном счете приводит к уменьшению потерь плодородия почвы.

Огромный потенциал биотехнология имеет и в борьбе с голодом. Развитие биотехнологий предлагает значительные потенциальные преимущества для стран, где более миллиарда жителей планеты живут в бедности и страдающих от хронического голода. Из-за роста урожайности и вывода культур, устойчивых к болезням и засухе, биотехнология может уменьшить нехватку еды для населения планеты, которое по состоянию на 2025 год составит более 8 миллиардов человек, что на 30% больше, чем сегодня. Ученые создают сельскохозяйственные культуры с новыми свойствами, которые помогают им выживать в неблагоприятных условиях засух и наводнений.

Биотехнология помогает бороться с болезнями. Развивая и улучшая медицину, она дает новые инструменты в борьбе с ними. Именно биотехнология дала нам медицинские методы лечения кардиологических заболеваний: склероза, гемофилии, гепатита, и СПИДа. Сегодня создаются биотехнологические продукты питания, которые сделают дешевыми и доступными для беднейшей части населения планеты жизненно необходимые витамины и вакцины.


3.2. Предостережение относительно применения

Объемы изъятия биопродукции из биосферы достигли 70%, а живая материя функционирует на оптимальном уровне, когда из продукции биосферы изымается не более 1%. Экосистемы и биосфера в целом все больше теряют способность к саморегуляции и самоподдержки. В конечном итоге это дает круговорота веществ на земном шаре качественно нового и непредсказуемого характера. Сама стабильность функционирования биосферы оказалась под угрозой. Загрязнением и деградацией охвачены все геосферы Земли. Воздух, вода и почва стали терять свои основные природные свойства.


4. Биотехнология в сфере здравоохранения

Биотехнология может привнести значительные преимущества в сферу здравоохранения. Увеличивая питательную ценность пищи, биотехнология может использоваться для улучшения качества питания. Например, сейчас создаются сорта риса и кукурузы с повышенным содержанием белков. В будущем потребители смогут воспользоваться маслом с пониженным содержанием жиров, которое будет получено из генетически модифицированных кукурузы, сои, рапса. Кроме того, генетическая инженерия может использоваться для производства продуктов питания с повышенным уровнем витамина А, который поможет решить проблему слепоты в странах, которые развиваются. Генетическая инженерия также предлагает другие преимущества для здоровья, ведь сегодня созданы методы, позволяющие удалять определенные аллергенные протеины из продуктов питания или избегать их преждевременной порчи.

Биотехнологические продукты, которые созданы и зарегистрированы в Соединенных Штатах Америки соответствующими регулирующими органами, являются полностью безопасными. Имеющаяся на сегодня информация свидетельствует о том, что продукты биотехнологий, которые сегодня коммерциализированы, такие же безопасные для человека и для окружающей среды, как и традиционные продукты питания. Регулирующие органы в США постоянно совершенствуют свои процедуры по обеспечению безопасности биотехнологических продуктов, и если бы были научные доказательства того, что биотехнологические продукты представляют угрозу для здоровья человека, то сегодня таких продуктов не было на рынках США.

Блокировка торговли вполне безопасными сельскохозяйственными продуктами уменьшает возможность выбора для потребителя, заставляет его платить высокую цену за основные продукты и задерживает дальнейшие научные исследования, направленные на разработку биотехнологических продуктов, которые имеют новые преимущества.

Настоящая наука остается лучшей базой для принятия решений по безопасности для человека и окружающей среды. При этом не должны игнорироваться законные опасения относительно возможных воздействий на окружающую среду, которая нас окружает. США открыты к диалогу, который базируется на научных данных, и проходит с участием всех заинтересованных сторон. В то же время общественность не должна лишаться права на выбор новых продуктов в результате дезинформации, которая вызывает необоснованные страхи.

Точная и достоверная информация о безопасности биотехнологических продуктов должна быть доступна всему населению. Прозрачность принятия решений является центральной для роста уровня доверия общества к науке. США верят в важность и необходимость реагирования на опасения определенной части общества по биотехнологий и призывают все страны до предоставления точной и полной информации о безопасности этих продуктов.

Болезни растений, включая грибковые и вирусные, могут уничтожить урожай и существенно снизить качество продукции. Чтобы уменьшить экономические потери от болезней, фермеры должны увеличивать площади для получения нужного урожая. Это увеличение посевной площади, топлива, воды и удобрения, влекут затраты, которые затем будут возмещать покупке.

К тому же, многие фермеры борются с вирусными болезнями путем уничтожения вредителей, таких как тля, которая распространяет болезни. Химические инсектициды способствуют повышению цен и ресурсов, необходимых для возмещения последствий заболеваний

Не все фермеры имеют возможность позволить себе традиционные методы борьбы с болезней. А дорогие химические препараты недоступны во многих частях мира, а именно в Африки, где, например, есть определенный вирус, который часто уничтожает две трети урожая батата.

Биотехнология позволяет получать сорта, защищены от определенных видов вирусов. Путем переноса маленькой доли ДНК от вируса к генетической структуры растения, исследователи получают сорта, у которых есть иммунитет к определенным болезням.

Защищенные от болезней сорта оказывают сельскохозяйственные, экономические преимущества фермерам, и не загрязняют окружающую среду. Фермеры смогут бороться с насекомыми, которые распространяют вирусные болезни, и, таким образом, защитить свои урожаи. Фермеры выращивать высокие урожаи на той же площади, и уменьшать затраты ресурсов, таких как: рабочая сила, удобрения, пестициды, семена и оборудование. Эти преимущества позволяют фермерам обробяты дополнительные площади, либо увеличивать урожай на единицу площади и, как следствие, позволяет увеличить законсервированные площади.

Используя биотехнологию, исследователи сейчас работают, чтобы защитить люцерну, дыню мускусную, кукурузу, огурцы, виноград, картофель, сою, тыквы и томаты от вирусных болезней, а также перец и томаты от грибковых заболеваний.

Миллионы лет жизни развивается в различных структурах, формах и функциях. Около 300 000 различных видов растений и более миллиона видов животных известны сегодня, и не существует двух подобных. Однако доказано, что в середине таксономических семей есть схожие черты.

Мы воспринимаем как должное, что дети повторяют своих родителей и что живые существа проявляют сходство, которая переходит из поколения в поколение. Семейная сходство настолько явным и естественным явлением, что мы редко задумываемся над этим. На протяжении веков фермеры и селекционеры использовали семейную сходство для повышения продуктивности растений и животных. Например, с помощью селекции растений, которые были самыми, самыми сильными, менее склонными к болезням, фермеры и селекционеры создавали улучшенные гибриды. Они об этом не догадывались, но то было практикой элементарных форм генной инженерии - основополагающего процесса, который используется в биотехнологии.

Законы, на которых базируется переноса генетических черт, были загадкой еще 150 лет назад, когда Грегор Мендель впервые начал изучать наследственность культурных растений. Исследуя тщательно подготовленные эксперименты и математические расчеты, Мендель пришел к выводу, что определенные невидимые частицы сохраняют наследственные черты, и что эти черты переходят из поколения в поколение. Ученый мир обнаружил несостоятельным осознать странность мендельського открытие еще некоторое время после смерти великого ученого, но его труды легли в основу биотехнологии.

В 1950-х гг биологи получили больших успехов в изучении наследственности. Благодаря описания структуры ДНК Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком, ученые пришли к выводу, что генетическая информация хранится в живых клетках, как эта информация оставляет отпечаток и как она передается из поколения в поколение.

До 1980-х гг ученые уже попробовали (и очень удачно) перемещать частицы генетической информации, которые получили название гены, от одного организма к другому. Эта возможность перемещать генетическую информацию известна как генная инженерия, единый процесс, который использовали в биотехнологии. Оставаясь все еще относительно молодой наукой, биотехнология подает большие надежды. Она дает исследователям возможность улучшать качественные и количественные показатели сельскохозяйственных культур, которые защищены естественным путем от болезней и насекомых. Биотехнология также обеспечивает новые пути лечения хронических заболеваний человека, производства химических веществ и отходов.


5. Биотехнология в медицине

В медицине биотехнологические приемы и методы играют главную роль при создании новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов, предназначенных для ранней диагностики и лечения различных заболеваний. Антибиотики - самый большой класс фармацевтических соединений, получение которых осуществляется с помощью микробиологического синтеза. Создан генноинженерных штаммов кишечной палочки, дрожжей, культивируемых клеток млекопитающих и насекомых, используемые для получения ростового гормона, инсулина и интерферона человека, различных ферментов и противовирусных вакцин. Изменяя нуклеотидную последовательность в генах, кодирующих соответствующие белки, оптимизируют структуру ферментов, гормонов и антигенов (так называемая белковая инженерия). Важнейшим открытием стала разработанная в 1975 Г. Келером и С. Мильштейном техника использования гибридом для получения моноклональных антител желаемой специфичности. Моноклональные антитела используют как уникальные реагенты, для диагностики и лечения различных заболеваний.


6. Биотехнология в сельском хозяйстве

Вклад биотехнологии в сельскохозяйственное производство заключается в облегчении традиционных методов селекции растений и животных и разработке новых технологий, позволяющих повысить эффективность сельского хозяйства. Во многих странах методами генетической и клеточной инженерии созданы высокопродуктивные и устойчивые к вредителям, болезням, гербицидам сорта сельскохозяйственных растений. Разработанная техника оздоровления растений от накопленных инфекций, что особенно важно для вегетативно размножающихся культур (картофель и др.).. Как одна из важнейших проблем биотехнологии во всем мире широко исследуется возможность управления процессом азотфиксации, в том числе возможность введения генов азотфиксации в геном полезных растений, а также процессом фотосинтеза. Ведутся исследования по улучшению аминокислотного состава растительных белков. Разрабатываются новые регуляторы роста растений, микробиологические средства защиты растений от болезней и вредителей, бактериальные удобрения. Генноинженерных вакцины, сыворотки, моноклональные антитела используют для профилактики, диагностики и терапии основных болезней сельскохозяйственных животных. В создании более эффективных технологий племенного дела применяют генноинженерных гормон роста, а также технику трансплантации и микроманипуляций на эмбрионах домашних животных. Для повышения продуктивности животных используют кормовой белок, полученный микробиологическим синтезом.


7. Биотехнология в производстве

Биотехнологические процессы с использованием микроорганизмов и ферментов уже на современном техническом уровне широко применяются в пищевой промышленности. Промышленное выращивание микроорганизмов, растительных и животных клеток используют для получения многих ценных соединений - ферментов, гормонов, аминокислот, витаминов, антибиотиков, метанола, органических кислот (уксусной, лимонной, молочной) и т. д. С помощью микроорганизмов проводят биотрансформацию одних органических соединений в другие (например, сорбита в фруктозу). Широкое применение в различных производствах получили иммобилизованные ферменты. Для выделения биологически активных веществ из сложных смесей используют моноклональные антитела. А. С. Спириным в 1985 - 1988 разработаны принципы бесклеточного синтеза белка, когда вместо клеток применяются специальные биореакторы, содержащие необходимый набор очищенных клеточных компонентов. Этот метод позволяет получать разные типы белков и может быть эффективным в производстве. Многие промышленных технологий заменяются технологиями, использующими ферменты и микроорганизмы. Такие биотехнологические методы переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов, очистки и использования сточных вод для получения биогаза и удобрений. В ряде стран с помощью микроорганизмов получают этиловый спирт, который используют как топливо для автомобилей (в Бразилии, где топливный спирт широко применяется, его получают из сахарного тростника и других растений). На способности различных бактерий переводить металлы в растворимые соединения или накапливать их в себе основанный извлечение многих металлов из бедных руд или сточных вод.


Источники

  • ВАК Украины. Паспорт специальности
  • Сасон А. Биотехнология: Осуществление и надежды: Пер. с англ. М., 1987.
  • Егоров Н. С., Олескин А. В., Самуилов В. Д. Биотехнология: Проблемы и перспективы. М., 1987.
  • Bains W. Biotechnology from A to Z. Oxford, 1993.

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам