Получение трансгенных организмов (бактерий, актиномицетов, грибов, водорослей) методом биотехнологии и вопросы безопасности.

 
ВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Биотехнология - это технологические процессы с использованием биологических систем - живых организмов и компонентов живой клетки.
Сейчас биотехнологическим способом производят генно-инженерные белки (интерфероны, инсулин, вакцины против гепатита), ферменты, диагностические препараты, витамины, антибиотики, биосовместимые и биоразлагаемые материалы. Ферментация используется при производстве пива, спирта и водки, стиральных порошков, в текстильной и кожевенной промышленности. Штаммы различных микроорганизмов применяются для выщелачивания металлов из породы, которую не выгодно перерабатывать в обычной пирометаллургии, используют микроорганизмы для нефтедобычи и очистки почвы и воды от разливов нефти. Бактериальные штаммы могут очищать сточные воды, например, извлекать из них азот - снижается загрязнение среды, и сохраняются ресурсы. Переработка компоста и навоза с получением биогаза и удобрений - тоже биотехнологии. Генной инженерией созданы микроорганизмы, способные питаться тинитротолуолом (тротилом) и некоторыми другими взрывчатыми веществами, при этом такие бактерии светятся в темноте. Минное поле опрыскивают раствором с этими бактериями и через пару дней мины можно собирать (ночью). Но это уже другая биотехнология. Существуют четыре направления в области биотехнологии. Это: использование ранее существовавших в природе или изменённых традиционной селекцией живых существ, создание трансгенных организмов, выращивание отдельных органов и тканей в биореакторах, генетическая модернизация человека.
Цель исследования – изучить и проанализировать получение трансгенных организмов (бактерий, актиномицетов, грибов, водорослей) методом биотехнологии и вопросы безопасности.
Задачи исследования:
1) изучить способы получения трансгенных организмов;
2) рассмотреть методы получения трансгенных микроорганизмов – бактерий;
3) проанализировать получение трансгенных организмов - грибов и водорослей методом биотехнологии;
 

4) рассмотреть вопросы безопасности трансгенных микроорганизмов.
Объект исследования – трансгенные организмы.
Предмет исследования – методы получения и вопросы безопасности.
Работа по структуре состоит из введения, двух глав, заключения и списка использованной литературы.
 
1 Способы получения трансгенных организмов

1.1 Понятие и значение трансгенных организмов

Что такое трансгены? Это растения, в геном которых встроены чужеродные гены, взятые от других видов растений или даже животных. Генетически модифицированные организмы - ГМО.
Развитие генно-инженерных технологий — одно из важнейших достижений молекулярной биологии и молекулярной генетики. Эти технологии нашли постоянную «прописку» в фундаментальной науке, где трансгенные организмы активно используются при решении широчайшего спектра общебиологических проблем. Технологии с использованием реком-бинантных ДНК могут в перспективе сыграть важную роль при генотерапии наследственных заболеваний, создании лекарственных препаратов нового поколения, производстве фармакологических и косметических средств и получении технического сырья. Особая роль отводится генетически модифицированным (ГМ) микроорганизмам и изолированным клеткам или органам, например, лекарственных растений, которые культивируются в замкнутых биотехнологических системах и являются суперпродуцентами веществ, обладающих ценными потребительскими свойствами. Как правило, в этом случае речь идёт о произведённых генетически модифицированными организмами (ГМО) химически чистых соединениях, использование которых, по сравнению с продуктами питания, полученными из ГМО или содержащими компоненты ГМО, не сопряжено с биологическими рисками, а их производство является экологически чистым.
Биотехнология – наука, которая занимается изучением перспектив использования живых организмов, продуктов их жизнедеятельности для возможного выполнения технологических заданий. Кроме того, биотехнология изучает вопросы создания живых организмов с необходимым набором качеств, используя методы генной инженерии.
Многие отождествляют биотехнологию с генной инженерией. Однако биотехнология понятие более широкое по смыслу, охватывающее процессы модификации биологических организмов для удовлетворения потребностей человека.
 
Это касается как растений, так и животных.
Генная и клеточная инженерия являются главными современными методами биотехнологии. В основе клеточной инженерии – создание и модификация клеток. Ученые постоянно занимаются исследованиями, чтобы в результате получать новые клетки из уже существующих. Для этого в лабораториях проводятся многочисленные опыты. Чаще всего в ходе экспериментов соединяются свойства разных клеток для получения новой.
Генная инженерия действует на генетическом уровне. Генные инженеры стараются найти новые комбинации генов, которых нет в природе .
В целом процесс можно описать следующим образом:
- из определенных клеток собирают гены для считывания некоего вещества;
- далее, проводится процесс адаптации для более плавного и гармоничного внедрения гена в чужеродную клетку;
- в итоге получается измененная генетически ДНК, которая запрограммирована на выработку исходных веществ.
Измененные генетически растения и животные называют трансгенными. Сейчас большинство товаров, которые находятся в супермаркетах и на рынках, получают из трансгенных продуктов.
Биотехнология – дисциплина, которая занимается исследованиями в сфере возможного использования живых организмов в промышленных целях. На данном этапе развития науки активно внедряется микробиологический синтез ферментов, аминокислот, витаминных комплексов, антибиотиков. С помощью современных методов генной инженерии можно в перспективе произвести гормональные препараты, которые бы повысили иммунитет.
Постепенно совершенствуясь, биотехнология в дальнейшем сможет решить проблему нехватки продовольственных товаров, минеральных ресурсов, улучшить состояние системы здравоохранения.
Медицина также рассчитывает на достижения в биотехнологии, поскольку с помощью новейших методов дисциплины можно создавать лекарственные препараты, направленные на лечение неизлечимых заболеваний.
В сельском хозяйстве многих стран, используя методы генной инженерии, создаются сорта растений, которые не боятся вредителей и гербицидов.
Такие достижения в биотехнологии, прежде всего, соотносятся с успешными исследованиями в смежных дисциплинах:
- биохимии;
- цитологии;
- фармакологии;
- экологии;
- генетики;
- вирусологии;
- микробиологии;
- паразитологии.
Этические аспекты исследований в биотехнологии связывают с попытками клонирования человека и искусственным созданием эмбрионов для лечения. Многие полагают, что вмешиваться в естественный поток вещей в природе непоправимо.
В основе биотехнологии растений – метод клонального микроразмножения. Его активируют разными способами, среди которых:
- активация пазушных меристем;
- соматический эмбриогенез в каллусной ткани;
- возникновение адвентивных побегов в каллусе.
Активация уже имеющихся меристем в растении – это основа клонального микроразможения.
Биологические методы часто используются при борьбе с загрязнениями окружающей среды.
Среди достижений биотехнологии выделяют:
- использование иммобилизированных ферментов;
- синтез искусственных вакцин.
Широко распространены гибродомы и синтезируемые ими антитела, которые в дальнейшем используются как диагностические и лечебные препараты .
Микроорганизмы играют не последнюю роль в жизнедеятельности человека. Они участвуют в очистке воздуха и сточных вод, уничтожении отходов. Некоторые бактерии способствуют очищению водоемов .
Трансгенный организм - живое существо, в геном которого встроены гены другого организма. Представленная здесь схема является несколько упрощённой, но в общих чертах она объясняет принцип создания трансгенов.
Ген, отвечающий за какие-либо свойства, берётся от организма, в котором он есть и пересаживается туда, куда нужно людям. В начале фермент рестриктаза разрушает ДНК, выделяя из него отдельные гены. Эти гены можно внедрять в кольцевую ДНК (плазмиду) бактерии agrobacterium tumefaciens, которая способна встраивать свою ДНК в геном растения. В природе эта бактерия вызывает опухоли, но люди лишили её этой функции. Вместе с нужным геном можно встраивать ген устойчивости к какому-либо антибиотику, а затем, обрабатывая бактерий этим антибиотиком, получать культуру трансгенных бактерий - носителей нужного гена. Второй путь - напылять ДНК на вольфрамовые частицы диаметром 1-2 микрона и обстреливать такими "пулями" клетку растения. Часть "пуль" попадает в цель. Можно также пробивать мембрану клетки короткими импульсами высокого напряжения и в образовавшиеся отверстия под контролем микроскопа впрыскивать раствор с ДНК.
Все эти способы имеют общий недостаток: все эти операции нужно проводить на очень большом числе клеток - сотнях и тысячах, тогда будет результат, но он будет исчисляться не в сотнях и даже не в десятках, а в единицах. Хотя сейчас в некоторых странах подобные операции поставлены "на поток", многое автоматизировано .

1.2 Методы получения трансгенных микроорганизмов - бактерий

Способность организмов синтезировать те или иные биомолекулы, в первую очередь белки, закодирована в их геноме. Поэтому достаточно «добавить» нужный ген, взятый из другого