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La biotecnologia non è solo un nome nuovo e accattivante per uno dei più antichi campi dell’attività umana; Solo gli scettici possono pensarlo. L'apparizione stessa di questo termine nel nostro dizionario è profondamente simbolica. Riflette un punto di vista ampiamente diffuso, anche se non generalmente accettato, secondo cui si ritiene che l’applicazione di materiali e principi biologici cambierà radicalmente molte industrie e la stessa società umana nei prossimi dieci-cinquant’anni.

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La biotecnologia è l'integrazione delle scienze naturali e ingegneristiche, che rende possibile realizzare pienamente le capacità degli organismi viventi o dei loro derivati ​​di creare e modificare prodotti o processi per vari scopi. Come risultato del rapido progresso di vari componenti della biologia fisica e chimica, è emersa una nuova direzione nella scienza e nella produzione, chiamata biotecnologia. Questa direzione si è formata negli ultimi due decenni e ha già ricevuto un potente sviluppo.

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Il termine “biotecnologia” fu usato per la prima volta dall’ingegnere ungherese Karl Ereky nel 1917. I singoli elementi della biotecnologia sono apparsi molto tempo fa. In sostanza, si trattava di tentativi di utilizzare singole cellule (microrganismi) e alcuni enzimi nella produzione industriale per facilitare il verificarsi di una serie di processi chimici.

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Così, nel 1814, l'accademico di San Pietroburgo K. S. Kirchhoff scoprì il fenomeno della catalisi biologica e cercò di ottenere lo zucchero dalle materie prime domestiche disponibili utilizzando un metodo biocatalitico (fino alla metà del XIX secolo lo zucchero veniva ottenuto solo dalla canna da zucchero). Nel 1891, negli Stati Uniti, il biochimico giapponese Dz. Takamine ha ricevuto il primo brevetto per l'uso di preparati enzimatici per scopi industriali: lo scienziato ha proposto di utilizzare la diastasi per la saccarificazione dei rifiuti vegetali.

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Il primo antibiotico, la penicillina, fu isolato nel 1940. Dopo la penicillina furono scoperti altri antibiotici (questo lavoro continua ancora oggi). Con la scoperta degli antibiotici apparvero subito nuovi compiti: stabilire la produzione di sostanze medicinali prodotte dai microrganismi, lavorare per ridurre i costi e aumentare la disponibilità di nuovi farmaci e ottenerli in grandissime quantità necessarie alla medicina.

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Sintetizzare chimicamente gli antibiotici era molto costoso o addirittura incredibilmente difficile, quasi impossibile (non è senza ragione che la sintesi chimica della tetraciclina da parte dello scienziato sovietico accademico M. M. Shemyakin è considerata uno dei più grandi risultati della sintesi organica). E poi hanno deciso di utilizzare microrganismi che sintetizzano la penicillina e altri antibiotici per la produzione industriale di farmaci. È così che è nato il settore più importante delle biotecnologie, basato sull’utilizzo di processi di sintesi microbiologica.

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Sintesi microbiologica Lo sviluppo dell'industria microbiologica, che produce preziosi prodotti di biosintesi, ha permesso di accumulare un'esperienza molto importante nella progettazione, produzione e funzionamento di apparecchiature industriali fondamentalmente nuove. La moderna produzione microbiologica è la produzione di una cultura molto elevata. La sua tecnologia è molto complessa e specifica, la manutenzione dell'attrezzatura richiede l'acquisizione di competenze speciali, poiché l'intera produzione funziona solo in condizioni di rigorosa sterilità: non appena una sola cellula di un microrganismo di un'altra specie entra nel fermentatore, l'intera produzione può interrompersi - lo “straniero” si moltiplicherà e inizierà a sintetizzare qualcosa di completamente diverso, ciò di cui una persona ha bisogno.

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Attualmente, con l'aiuto della sintesi microbiologica, vengono prodotti antibiotici, enzimi, amminoacidi, intermedi per l'ulteriore sintesi di varie sostanze, feromoni (sostanze con cui è possibile controllare il comportamento degli insetti), acidi organici, proteine ​​​​del mangime e altro. La tecnologia per la produzione di queste sostanze è ben consolidata; ottenerle microbiologicamente è economicamente vantaggioso.

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Gli enzimi immobilizzati vengono utilizzati anche in medicina. Pertanto, nel nostro paese è stato sviluppato un farmaco a base di streptochinasi immobilizzata per il trattamento delle malattie cardiovascolari (il farmaco si chiama "streptodecasi"). Questo farmaco può essere iniettato nei vasi sanguigni per sciogliere i coaguli di sangue che si sono formati in essi. Una matrice polisaccaridica idrosolubile (la classe dei polisaccaridi comprende, come è noto, amido e cellulosa; il supporto polimerico selezionato era vicino a loro nella struttura), alla quale la streptochinasi è chimicamente “attaccata”, aumenta significativamente la stabilità dell'enzima, riduce la sua tossicità e l'effetto allergico e non influenza l'attività o la capacità dell'enzima di sciogliere i coaguli di sangue.

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Plasmidi I maggiori successi sono stati ottenuti nel campo della modifica dell'apparato genetico dei batteri. I batteri hanno imparato a introdurre nuovi geni nel genoma utilizzando piccole molecole circolari di DNA - plasmidi, presenti nelle cellule batteriche. I geni necessari vengono "incollati" nei plasmidi, quindi tali plasmidi ibridi vengono aggiunti a una coltura di batteri, ad esempio Escherichia coli. Alcuni di questi batteri consumano interamente tali plasmidi. Successivamente, il plasmide inizia a funzionare nella cellula come un gene, producendo dozzine di copie di se stesso nella cellula di E. coli, che assicurano la sintesi di nuove proteine.

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Qual è allora la struttura della biotecnologia? Considerando che la biotecnologia si sta sviluppando attivamente e la sua struttura non è stata definitivamente determinata, possiamo parlare solo dei tipi di biotecnologia attualmente esistenti. Questa è la biotecnologia cellulare: microbiologia applicata, colture cellulari vegetali e animali (questo è stato discusso quando abbiamo parlato dell'industria microbiologica, delle possibilità delle colture cellulari e della mutagenesi chimica). Si tratta della biotecnologia genetica e della biotecnologia molecolare (forniscono l’“industria del DNA”). E infine, questa è la modellazione di processi e sistemi biologici complessi, inclusa l'enzimologia ingegneristica (ne abbiamo parlato quando abbiamo parlato di enzimi immobilizzati).

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È chiaro che la biotecnologia ha un enorme futuro. E il suo ulteriore sviluppo è strettamente connesso con lo sviluppo simultaneo di tutti i rami più importanti della scienza biologica che studiano gli organismi viventi a diversi livelli della loro organizzazione. Dopotutto, non importa come la biologia si differenzia, non importa quali nuove direzioni scientifiche emergano, l'oggetto della loro ricerca saranno sempre gli organismi viventi, che sono un insieme di strutture materiali e processi diversi che costituiscono un'unità fisica, chimica e biologica. E questo - la natura stessa degli esseri viventi - predetermina la necessità di uno studio completo degli organismi viventi. Pertanto, è naturale e naturale che la biotecnologia sia nata come risultato del progresso di una direzione complessa: la biologia fisica e chimica e si sviluppi simultaneamente e parallelamente a questa direzione.

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In conclusione, va notato un'altra circostanza importante che distingue la biotecnologia da altri settori della scienza e della produzione. Inizialmente si concentra sui problemi che preoccupano l'umanità moderna: produzione alimentare (principalmente proteine), mantenimento dell'equilibrio energetico in natura (allontanandosi dall'attenzione sull'uso di risorse insostituibili a favore delle risorse rinnovabili), protezione ambientale (biotecnologia - "pulita" produzione, che però richiede molta acqua). Pertanto, la biotecnologia è un risultato naturale dello sviluppo dell'umanità, un segno del suo raggiungimento di un importante, si potrebbe dire punto di svolta, stadio di sviluppo.

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Compilato da una studentessa della classe 11A della Scuola Secondaria dell'Istituto Educativo Comunale n. 7 Anastasia Danilova Insegnante: Oksana Viktorovna Golubtsova
Progressi nella biotecnologia moderna

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introduzione
La biotecnologia è l'uso industriale di processi e sistemi biologici basati sulla coltivazione di forme altamente efficaci di microrganismi, colture di cellule e tessuti di piante e animali con proprietà necessarie per l'uomo. Alcuni processi biotecnologici (panificazione, vinificazione) sono conosciuti fin dall'antichità. Ma la biotecnologia ha raggiunto il suo massimo successo nella seconda metà del XX secolo e sta diventando sempre più importante per la civiltà umana.

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Struttura della biotecnologia moderna
La biotecnologia moderna comprende una serie di tecnologie avanzate basate sugli ultimi risultati in ecologia, genetica, microbiologia, citologia e biologia molecolare. La moderna biotecnologia utilizza sistemi biologici a tutti i livelli: dalla genetica molecolare al biogeocenotico (biosfera); in questo caso vengono creati sistemi biologici fondamentalmente nuovi che non si trovano in natura. I sistemi biologici utilizzati in biotecnologia, insieme ai componenti non biologici (attrezzature tecnologiche, materiali, sistemi di approvvigionamento energetico, controllo e gestione) sono convenientemente chiamati sistemi di lavoro.

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La biotecnologia e il suo ruolo nelle attività umane pratiche
La particolarità della biotecnologia è che combina le conquiste più avanzate del progresso scientifico e tecnologico con l'esperienza accumulata del passato, espressa nell'uso di fonti naturali per creare prodotti utili per l'uomo. Qualsiasi processo biotecnologico comprende una serie di fasi: preparazione dell'oggetto, sua coltivazione, isolamento, purificazione, modifica e utilizzo dei prodotti risultanti. Le molteplici fasi e la complessità del processo richiedono il coinvolgimento di una varietà di specialisti nella sua implementazione: genetisti e biologi molecolari, citologi, biochimici, virologi, microbiologi e fisiologi, ingegneri di processo e progettisti di apparecchiature biotecnologiche.

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Biotecnologia
Produzione agricola
Bestiame
Medicinale
Ingegneria genetica

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Metodo: coltura tissutale
Il metodo di propagazione vegetativa delle piante agricole mediante coltura tissutale viene sempre più utilizzato a livello industriale. Permette non solo di propagare rapidamente nuove varietà vegetali promettenti, ma anche di ottenere materiale di piantagione non infetto da virus.

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Biotecnologie nella zootecnia
Negli ultimi anni c'è stato un crescente interesse per i lombrichi come fonte di proteine ​​animali per bilanciare la dieta alimentare di animali, uccelli, pesci, animali da pelliccia, nonché come integratore proteico con proprietà terapeutiche e profilattiche. Per aumentare la produttività degli animali è necessario un mangime completo. L'industria microbiologica produce proteine ​​​​per mangimi basate su vari microrganismi: batteri, funghi, lieviti, alghe. Come hanno dimostrato i test industriali, la biomassa ricca di proteine ​​degli organismi unicellulari viene assorbita con alta efficienza dagli animali da allevamento. Pertanto, 1 tonnellata di lievito per mangimi consente di risparmiare 5-7 tonnellate di grano. Ciò è significativo perché l’80% dei terreni agricoli mondiali è dedicato alla produzione di mangimi per bestiame e pollame.

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Clonazione
La clonazione della pecora Dolly nel 1996 da parte di Ian Wilmut e dei suoi colleghi del Roslin Institute di Edimburgo ha suscitato scalpore in tutto il mondo. Dolly è stata concepita dalla ghiandola mammaria di una pecora morta da tempo e le sue cellule sono state conservate in azoto liquido. La tecnica con cui è stata creata Dolly è nota come trasferimento nucleare, il che significa che il nucleo di un ovulo non fecondato viene rimosso e al suo posto viene posto il nucleo di una cellula somatica.

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Clonazione della pecora Dolly

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Nuove scoperte nel campo della medicina
I successi della biotecnologia trovano largo impiego soprattutto in medicina. Attualmente, antibiotici, enzimi, aminoacidi e ormoni vengono prodotti utilizzando la biosintesi. Ad esempio, gli ormoni venivano generalmente ottenuti da organi e tessuti animali. Anche per ottenere una piccola quantità di medicinale era necessario molto materiale di partenza. Di conseguenza, era difficile ottenere la quantità necessaria del farmaco ed era molto costoso. Pertanto, l’insulina, un ormone del pancreas, è il trattamento principale per il diabete mellito. Questo ormone deve essere somministrato costantemente ai pazienti. Produrlo dal pancreas di un maiale o di un bovino è difficile e costoso. Inoltre, le molecole di insulina animale differiscono da quelle umane, che spesso causano reazioni allergiche, soprattutto nei bambini. Attualmente è stata stabilita la produzione biochimica dell'insulina umana. È stato ottenuto un gene che sintetizza l'insulina. Utilizzando l'ingegneria genetica, questo gene è stato introdotto in una cellula batterica, che di conseguenza ha acquisito la capacità di sintetizzare l'insulina umana. Oltre all'ottenimento di agenti terapeutici, la biotecnologia consente la diagnosi precoce di malattie infettive e neoplasie maligne basandosi sull'utilizzo di preparati antigenici e campioni di DNA/RNA. Con l'aiuto di nuovi preparati vaccinali è possibile prevenire le malattie infettive.

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Biotecnologie in medicina

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Metodo con cellule staminali: cura o paralizza?
Gli scienziati giapponesi guidati dal professor Shinya Yamanaka dell'Università di Kyoto hanno isolato per la prima volta le cellule staminali dalla pelle umana, avendo precedentemente introdotto in esse una serie di determinati geni. Secondo loro, ciò potrà rappresentare un'alternativa alla clonazione e consentirà di creare farmaci paragonabili a quelli ottenuti dalla clonazione di embrioni umani. Gli scienziati americani ottennero quasi contemporaneamente risultati simili. Ma questo non significa che tra pochi mesi sarà possibile abbandonare completamente la clonazione degli embrioni e ripristinare la funzionalità dell’organismo utilizzando le cellule staminali ottenute dalla pelle del paziente. In primo luogo, gli specialisti dovranno assicurarsi che le cellule tavola “della pelle” siano effettivamente multifunzionali come sembrano, che possano essere impiantate in vari organi senza timore per la salute del paziente e che funzionino.
La preoccupazione principale è che tali cellule rappresentano un rischio per lo sviluppo del cancro. Perché il pericolo principale delle cellule staminali embrionali è che sono geneticamente instabili e hanno la capacità di svilupparsi in alcuni tumori dopo il trapianto nell’organismo

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Ingegneria genetica
Le tecniche di ingegneria genetica consentono di isolare il gene necessario e di introdurlo in un nuovo ambiente genetico per creare un organismo con caratteristiche nuove e predeterminate. I metodi di ingegneria genetica rimangono molto complessi e costosi. Ma già ora, con il loro aiuto, l'industria produce farmaci importanti come l'interferone, gli ormoni della crescita, l'insulina, ecc. La selezione dei microrganismi è l'area più importante della biotecnologia. Lo sviluppo della bionica consente di applicare efficacemente metodi biologici per risolvere problemi di ingegneria e di utilizzare l'esperienza della natura vivente in vari campi della tecnologia.

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Prodotti transgenici: pro e contro?
Nel mondo sono già state registrate diverse dozzine di piante transgeniche commestibili. Si tratta di varietà di soia, riso e barbabietola da zucchero resistenti agli erbicidi; mais resistente agli erbicidi e ai parassiti; patate resistenti allo scarabeo della patata del Colorado; zucchine, quasi senza semi; pomodori, banane e meloni con conservabilità prolungata; colza e soia con composizione modificata di acidi grassi; riso con un alto contenuto di vitamina A. Fonti geneticamente modificate si trovano in salsicce, wurstel, carne in scatola, gnocchi, formaggio, yogurt, alimenti per bambini, cereali, cioccolato e gelati.

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Prospettive per lo sviluppo delle biotecnologie
Il metodo di propagazione vegetativa delle piante agricole mediante coltura tissutale viene sempre più utilizzato a livello industriale. Permette non solo di propagare rapidamente nuove varietà vegetali promettenti, ma anche di ottenere materiale vegetale esente da virus. La biotecnologia consente di ottenere carburanti rispettosi dell’ambiente attraverso il biotrattamento di rifiuti industriali e agricoli. Ad esempio, sono stati creati impianti che utilizzano batteri per trattare il letame e altri rifiuti organici.

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Essendo stata un risultato diretto degli sviluppi scientifici, la biotecnologia risulta essere un'unità diretta di scienza e produzione, un altro passo verso l'unità di cognizione e azione, un altro passo che avvicina una persona al superamento dell'esterno e alla comprensione dell'opportunità interna.

Oggi le persone utilizzano ampiamente la biotecnologia: è così che sono stati creati i batteri utilizzati nel trattamento delle acque reflue; batteri che decompongono il petrolio nelle fuoriuscite di petrolio; le biotecnologie sono ampiamente utilizzate in medicina: sono stati creati e vengono creati antibiotici con vari spettri d'azione; vengono sintetizzati vari ormoni: ad esempio l'ormone della crescita; insulina.

L'ingegneria genetica è il trasferimento artificiale dei geni necessari da un tipo di organismo vivente (batteri, animali, piante) a un'altra specie per creare un organismo con le proprietà necessarie. Oggetti convenienti dell'ingegneria genetica sono spesso microrganismi (batteri).

ELENCO DELLE AZIENDE CHE UTILIZZANO OGM NEI PRODOTTI Coca-Cola (Coca-Cola) Nestlé (Nestlé) - lo sanno tutti, ma soprattutto gli alimenti per l'infanzia!!! Kelloggs - colazioni pronte e corn flakes Heinz Foods - salse, ketchup Unilever - alimenti per l'infanzia!!! Maionese, salse Hersheys (Hersheys) - cioccolato, bevande analcoliche McDonalds (McDonald's) PepsiCo (Pepsi-Cola) Danon (Danone) - prodotti a base di latte fermentato Cadbury (Cadbury) - cioccolato. Similac (Similac) - alimenti per l'infanzia Mars (Mars) - Mars, Snickers, Twix. Inoltre, se sull'etichetta vedi E101, 270, 320, 570 e altri, sappi che si tratta di OGM.

Argomenti a favore degli OGM: 1. Soluzione al problema alimentare. 2. Lo sviluppo delle tecnologie GM è richiesto in medicina, dove i loro risultati sono stati applicati con successo da molto tempo. 3. I rischi derivanti dal consumo di prodotti alimentari OGM sono minimi (le proteine ​​estranee si decompongono come le proteine ​​normali) 4. La comparsa nelle piante agricole di proprietà che forniscono protezione dal deterioramento e dai parassiti riduce la necessità dell’uso di prodotti chimici agricoli, il cui danno è stato dimostrato. 5. Le tecnologie GM nei loro risultati non differiscono dalle mutazioni che si verificano costantemente nella natura vivente e dalla tecnologia di selezione classica - e nella loro struttura, ma sono più delicate per la pianta da migliorare. 6. Gli OGM rendono possibile la creazione di biocarburanti, il che porta al risparmio energetico.

Argomenti contro gli OGM: minaccia per il corpo umano: malattie allergiche, disturbi metabolici, comparsa di microflora gastrica resistente agli antibiotici, effetti cancerogeni e mutageni. Minaccia per l'ambiente - comparsa di erbe infestanti, contaminazione dei siti di ricerca, ecc. Rischi globali - attivazione di virus critici, sicurezza economica.

La clonazione è la creazione di più copie genetiche di un individuo attraverso la riproduzione asessuata. Il primo esperimento di clonazione riuscito fu effettuato alla fine degli anni '60. Nel 20° secolo, presso l'Università di Oxford, Gurdon, utilizzando una rana, dimostrò che l'informazione contenuta nel nucleo di qualsiasi cellula è sufficiente per lo sviluppo di un organismo a tutti gli effetti. Nel 1996, la pecora Dolly è stata clonata da una cellula epiteliale mammaria in Scozia. (Fig. 94, pag. 187).

Ci sono aspetti etici nello sviluppo della biotecnologia! L'introduzione attiva della biotecnologia nella medicina e nella genetica umana ha portato all'emergere di una scienza speciale della bioetica. La bioetica è la scienza del trattamento etico di tutti gli esseri viventi, compreso l’uomo. Nel 1996, il Consiglio d’Europa ha adottato la Convenzione sui diritti umani nell’uso delle tecnologie genomiche in medicina. Qualsiasi cambiamento nel genoma umano può essere effettuato solo sulle cellule somatiche.

Prospettive future. Oggi sono già noti esempi di impianto di microchip nel corpo umano, la clonazione di organi umani è in fase di sviluppo, inoltre esistono tute speciali che aiutano le persone paralizzate a muoversi, ma sono ancora in fase di sperimentazione. Oltre alle tecnologie per il corpo umano, i biotecnologi stanno sviluppando modi per aumentare la quantità di proteine ​​nelle piante, il che consentirà in futuro di eliminare la carne. In medicina si stanno sviluppando vaccini contro malattie conosciute e si sta esplorando anche il campo del ringiovanimento cellulare umano, che rallenterà l’invecchiamento. Nel settore industriale, la biotecnologia viene utilizzata per produrre biocarburanti e biogas, che ridurranno l'inquinamento ambientale e ridurranno l'uso delle risorse naturali.

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Presentazione sul tema: Biotecnologia

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Biotecnologie La BIOTECNOLOGIA è l'utilizzo industriale di agenti biologici (microrganismi, cellule vegetali, cellule animali, parti cellulari: membrane cellulari, ribosomi, mitocondri, cloroplasti) per ottenere prodotti di valore ed effettuare trasformazioni mirate. I processi biotecnologici utilizzano anche macromolecole biologiche come gli acidi ribonucleici (DNA, RNA), proteine ​​- molto spesso enzimi. Il DNA o l'RNA sono necessari per il trasferimento di geni estranei nelle cellule.

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Storia della biotecnologia Per migliaia di anni gli esseri umani hanno agito come biotecnologi: hanno preparato il pane, preparato la birra, fatto il formaggio e altri prodotti a base di acido lattico, utilizzando vari microrganismi e senza nemmeno sapere della loro esistenza. In realtà il termine stesso “biotecnologia” è apparso nella nostra lingua non molto tempo fa, al suo posto sono state usate le parole “microbiologia industriale”, “biochimica tecnica”, ecc.. Probabilmente il processo biotecnologico più antico è stata la fermentazione. Durante gli scavi a Babilonia, su una tavoletta risalente al VI millennio a.C. circa. e. Nel 3 ° millennio a.C. e. I Sumeri producevano fino a due dozzine di tipi di birra. Non meno antichi processi biotecnologici sono la vinificazione, la panificazione e la produzione di prodotti a base di acido lattico. Nel senso tradizionale e classico, la biotecnologia è la scienza dei metodi e delle tecnologie per la produzione di varie sostanze e prodotti utilizzando oggetti e processi biologici naturali.

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Introduzione: Una parte importante della biotecnologia è l'ingegneria genetica. Nata agli inizi degli anni '70, oggi ha ottenuto un grande successo. Le tecniche di ingegneria genetica trasformano le cellule di batteri, lieviti e mammiferi in “fabbriche” per la produzione su larga scala di qualsiasi proteina. Ciò rende possibile analizzare in dettaglio la struttura e le funzioni delle proteine ​​e utilizzarle come medicinali.

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I compiti principali dell'ingegneria genetica: 1. Ottenere un gene isolato. 2. Introduzione del gene in un vettore per il trasferimento nell'organismo. 3. Trasferimento del vettore con il gene nell'organismo modificato. 4. Trasformazione delle cellule del corpo. 5. Selezione degli organismi geneticamente modificati (OGM) ed eliminazione di quelli che non sono stati modificati con successo.

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Il concetto di ingegneria genetica L'ingegneria genetica (ingegneria genetica) è un insieme di tecniche, metodi e tecnologie per ottenere RNA e DNA ricombinanti, isolare i geni da un organismo (cellule), manipolare i geni e introdurli in altri organismi. L'ingegneria genetica non è una scienza in senso lato, ma è uno strumento della biotecnologia, che utilizza metodi delle scienze biologiche come la biologia molecolare e cellulare, la citologia, la genetica, la microbiologia, la virologia.

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Sviluppo Nella seconda metà del XX secolo furono fatte diverse importanti scoperte e invenzioni che sono alla base dell'ingegneria genetica. Molti anni di tentativi di “leggere” le informazioni biologiche “scritte” nei geni sono stati portati a termine con successo. Questo lavoro è stato avviato dallo scienziato inglese F. Sanger e dallo scienziato americano W. Gilbert (Premio Nobel per la Chimica 1980). Come è noto, i geni contengono informazioni-istruzioni per la sintesi di molecole di RNA e proteine, compresi gli enzimi, nel corpo. Per forzare una cellula a sintetizzare nuove sostanze insolite per lei, è necessario che in essa siano sintetizzati i corrispondenti gruppi di enzimi. E per questo è necessario modificare intenzionalmente i geni che si trovano in esso o introdurvi nuovi geni precedentemente assenti. I cambiamenti nei geni nelle cellule viventi sono mutazioni. Si verificano sotto l'influenza, ad esempio, di mutageni: veleni chimici o radiazioni. Ma tali cambiamenti non possono essere controllati o diretti. Pertanto, gli scienziati hanno concentrato i loro sforzi sul tentativo di sviluppare metodi per introdurre nelle cellule nuovi geni molto specifici necessari agli esseri umani.

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Ingegneria genetica umana Se applicata agli esseri umani, l'ingegneria genetica potrebbe essere utilizzata per trattare le malattie ereditarie. Tuttavia, tecnicamente, esiste una differenza significativa tra il trattamento del paziente stesso e la modifica del genoma dei suoi discendenti. Anche se su piccola scala, l’ingegneria genetica viene già utilizzata per dare alle donne affette da alcuni tipi di infertilità la possibilità di rimanere incinte. A questo scopo vengono utilizzate le uova di una donna sana. Di conseguenza, il bambino eredita il genotipo da un padre e due madri. Con l'aiuto dell'ingegneria genetica, è possibile ottenere prole con aspetto, capacità mentali e fisiche, carattere e comportamento migliorati. Con l'aiuto della terapia genica sarà possibile in futuro migliorare il genoma delle persone viventi. In linea di principio, è possibile creare cambiamenti più seri, ma sul percorso di tali trasformazioni l'umanità deve risolvere molti problemi etici.

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Importanza economica L'ingegneria genetica serve a ottenere le qualità desiderate di un organismo modificato o geneticamente modificato. A differenza della selezione tradizionale, durante la quale il genotipo è soggetto a modifiche solo indirettamente, l'ingegneria genetica consente un intervento diretto sull'apparato genetico mediante la tecnica della clonazione molecolare. Esempi di applicazioni dell'ingegneria genetica includono la produzione di nuove varietà geneticamente modificate di cereali, la produzione di insulina umana utilizzando batteri geneticamente modificati, la produzione di eritropoietina in colture cellulari o nuove razze di topi sperimentali per la ricerca scientifica.

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knockout genetico Per studiare la funzione di un particolare gene, è possibile utilizzare il knockout genetico. Questo è il nome della tecnica di rimozione di uno o più geni, che permette di studiare le conseguenze di tale mutazione. Per il knockout, lo stesso gene o un suo frammento viene sintetizzato, modificato in modo che il prodotto genetico perda la sua funzione. Per produrre topi knockout, il costrutto geneticamente modificato risultante viene introdotto nelle cellule staminali embrionali, dove il costrutto subisce una ricombinazione somatica e sostituisce il gene normale, e le cellule alterate vengono impiantate nelle blastocisti della madre surrogata. Nel moscerino della frutta Drosophila, le mutazioni vengono avviate in un'ampia popolazione, da cui viene poi ricercata la discendenza con la mutazione desiderata. In modo simile si ottengono knockout nelle piante e nei microrganismi.

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Espressione artificiale Un'aggiunta logica all'eliminazione è l'espressione artificiale, ovvero l'aggiunta di un gene al corpo che in precedenza non aveva. Questa tecnica di ingegneria genetica può essere utilizzata anche per studiare la funzione dei geni. In sostanza, il processo di introduzione di geni aggiuntivi è lo stesso dell'eliminazione, ma i geni esistenti non vengono sostituiti o danneggiati.

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Visualizzazione dei prodotti genetici Utilizzato quando il compito è studiare la localizzazione di un prodotto genetico. Uno dei metodi di marcatura consiste nel sostituire il gene normale con uno fuso con un elemento reporter, ad esempio con il gene della proteina fluorescente verde. Questa proteina, che emette fluorescenza alla luce blu, viene utilizzata per visualizzare il prodotto della modificazione genetica. Sebbene questa tecnica sia comoda e utile, i suoi effetti collaterali possono essere la perdita parziale o completa della funzione della proteina di interesse. Un metodo più sofisticato, anche se non così conveniente, consiste nell'aggiungere oligopeptidi più piccoli alla proteina studiata, che possono essere rilevati utilizzando anticorpi specifici.

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Studio del meccanismo di espressione In tali esperimenti, il compito è studiare le condizioni dell'espressione genica. Le caratteristiche di espressione dipendono principalmente da un piccolo frammento di DNA situato davanti alla regione codificante, chiamato promotore, che serve a legare i fattori di trascrizione. Questa sezione viene introdotta nel corpo, seguita da un gene reporter, ad esempio GFP o da un enzima che catalizza una reazione facilmente rilevabile, invece del proprio gene. Oltre al fatto che il funzionamento del promotore in determinati tessuti prima o poi diventa chiaramente visibile, tali esperimenti consentono di studiare la struttura del promotore rimuovendo o aggiungendovi frammenti di DNA, nonché migliorandone artificialmente funzioni.

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Biotecnologia

Sintesi microbiologica Utilizzo di microrganismi per ottenere una serie di sostanze. Vengono creati ceppi di microrganismi che producono le sostanze necessarie in quantità che superano significativamente i bisogni dei microrganismi stessi di decine e centinaia di volte.

Esempi: i batteri capaci di accumulare uranio, rame e cobalto vengono utilizzati per estrarre metalli dalle acque reflue. Con l'aiuto dei batteri viene prodotto il biogas (una miscela di metano e anidride carbonica), che viene utilizzato per riscaldare gli ambienti. È stato possibile allevare microrganismi che sintetizzano l'amminoacido lisina, che non viene prodotto nel corpo umano.

Esempi: il lievito viene utilizzato per ottenere proteine ​​​​del mangime. Utilizzando 1 tonnellata di proteine ​​per l’alimentazione del bestiame si risparmiano 5-8 tonnellate di cereali. L'aggiunta di 1 tonnellata di biomassa di lievito alla dieta degli uccelli aiuta a ottenere ulteriori 1,5 - 2 tonnellate di carne o 25 - 35 mila uova.

Ingegneria cellulare Coltivazione di cellule di organismi superiori su mezzi nutritivi. Coltivazione di cellule prive di nucleare. Trapianto di nuclei da una cellula all'altra. Crescere un intero organismo da una cellula somatica. Clonazione

Clonazione La clonazione animale si ottiene trasferendo il nucleo di una cellula differenziata in un uovo non fecondato a cui è stato rimosso il proprio nucleo.

Clonazione I primi esperimenti riusciti di clonazione di animali furono condotti a metà degli anni '70 dall'embriologo inglese J. Gordon in esperimenti sugli anfibi, quando la sostituzione del nucleo di un uovo con il nucleo di una cellula somatica di una rana adulta portò alla comparsa di un girino.

Clonazione Animale clonato – La pecora Dolly

Ingegneria cellulare Ibridazione di cellule somatiche e creazione di ibridi interspecifici. È possibile ottenere cellule ibride di organismi non imparentati tra loro: uomo e topo; Piante e animali; Cellule tumorali capaci di crescita illimitata e cellule del sangue: linfociti. È possibile ottenere un medicinale che aumenti la resistenza di una persona alle infezioni.

Esempi: Grazie al metodo dell'ibridazione sono stati ottenuti ibridi di diverse varietà di patate, cavoli e pomodori. Da una cellula somatica di una pianta è possibile far crescere un intero organismo e quindi propagare varietà pregiate (ad esempio il ginseng). Si ottengono cloni: cellule geneticamente omogenee. Produzione di organismi chimerici.

Topi chimerici

Pecora Chimera - capra

Ingegneria genetica Riarrangiamento dei genotipi degli organismi: creazione artificiale di geni efficaci. L'introduzione di un gene da un organismo nel genotipo di un altro è la produzione di organismi transgenici.

Introduzione del gene della crescita del ratto nel DNA del topo

Risultato

Esempi: il gene responsabile della produzione di insulina nell'uomo è stato introdotto nel genotipo dell'Escherichia coli. Questo batterio viene somministrato alle persone con diabete.

Nel genotipo della pianta petunia è stato introdotto un gene che interrompe la formazione e la produzione del pigmento. È così che è stata creata una pianta dai fiori bianchi

Esempi: gli scienziati stanno cercando di introdurre nel genotipo dei cereali il gene dei batteri che assorbono l'azoto dall'aria. Quindi sarà possibile non aggiungere fertilizzanti azotati al terreno.

Sul tema: sviluppi metodologici, presentazioni e appunti

Questa lezione viene discussa per prima nella sezione "Presentazioni al computer". In questa lezione, gli studenti acquisiranno familiarità con il programma POWERPOINT, impareranno come modificare il design e il layout delle diapositive....

Presentazione "Uso delle presentazioni multimediali come mezzo universale di cognizione"

La presentazione “Utilizzare le presentazioni multimediali come mezzo universale di cognizione” fornisce consigli sulla progettazione e sul contenuto delle presentazioni....

Sviluppo di una lezione e presentazione "The Sightseeng Tours" Londra e San Pietroburgo con presentazione

Obiettivi: sviluppo delle capacità linguistiche (dichiarazione di monologo); migliorare le capacità grammaticali di lettura e conversazione (passato indefinito, articolo determinativo) Obiettivi: insegnare...