Тема: Биотехнология и генетическая инженерия

2. Генная инженерия и ее методы.

3. Клеточная и эмбриональная инженерия.
1. Понятие о биотехнологии

Современная биотехнология занимает ведущее положение в системе биологических, медицинских, ветеринарных и зоотехнических исследований, представляет собой новую форму промышленной технологии, основу которой составляют биологические объекты – животные, растения и микроорганизмы.

Основная цель и задачи биотехнологии направлены на разработку методов и приемов, позволяющих получать биологически активные соединения (ферменты, гормоны, вакцины), а также конструировать молекулы новых веществ и создавать новые формы организмов, отсутствующие в природе (химерные молекулы, животные).

В животноводстве широко используют различные биотехнологические методы (генная и клеточная инженерия), с помощью которых можно ускорить селекционный процесс по созданию новых высокопродуктивных пород с.-х. животных.

В биотехнологии пользуются двумя терминами, различающимися смысловым содержанием: «Генная инженерия» - как прием изучения и воздействия на процессы, проходящие на уровне молекул и генов, и термин «Генетическая инженерия» - как комплекс методов, проводимых в более широком плане на клетках и организме в целом.

В принципе оба термина являются синонимами и подразумевают методы, обеспечивающие переделку и реконструкцию генетического материала, т.е. формирование новой наследственности.

Использование достижений генной инженерии идет в основном в следующих направлениях:

• 
  изучение организации генетического аппарата высших организмов;
  
• 
  использование микроорганизмов как продуцентов хозяйственно полезных веществ;
  
• 
  конструирование новых организмов путем пересадки чужеродных генов, т.е. получение трансгенных животных.
  

• 
  повышение эффективности и ускорение селекционного процесса;
  
• 
  повышение коэффициента размножаемости самок;
  
• 
  сохранение ценных, малых популяций генофонда исчезающих пород;
  
• 
  получение потомков от бесплодных, но генетически ценных животных;
  
• 
  повышение устойчивости животных к заболеваниям;
  
• 
  получение монозиготных близнецов одного определенного пола;
  
• 
  получение химер, развивающихся из эмбрионов 5-6 дневного возраста разных животных (пород, видов) и объединенных в одно целое;
  
• 
  повышение плодовитости коров путем пересадки половин эмбриона в оба рога матки.
  

Исторически биотехнология возникла на основе традиционных микробиологических (большей частью бродильных) производств. Многие подобные «технологии» неосознанно применялись еще в древности при получении вина, пива, хлеба, кисломолочных и квашенных продуктов.

С помощью биотехнологии в настоящее время получают десятки дорогостоящих биологически активных веществ, среди них гормоны, ферменты, витамины, антибиотики, некоторые лекарства, такие как инсулин, интерферон и другие.

Для справки: инсулин – белок регулирующий содержание сахара в крови; интерферон – белок защищающий еще непораженные клетки от вирусов (гриппа).

Однако, до появления методов генной инженерии интерферон мог быть получен лишь в ничтожных количествах из лейкоцитов (белых кровяных клеток).

Для получения 1 грамма интерферона нужно переработать кровь от 90 тыс. доноров.

Биотехнологические разработки интенсивно используются при создании безотходных процессов производства при переработке сырья, очистке воды от нефти, канализационных стоков, в борьбе с вредителями с.-х. культур, получения кормового и пищевого белка, биогаза и др.

Так, с помощью микробов из 1 тонны нефти получается около 1 тонны дрожжей, содержащих 600 кг белка.

И еще: при размножении 1 бактерия (при оптимальных условиях кормовых, среды и др. факторов) через 44 часа сумела бы образовать такое потомство, масса которого соответствовала массе нашей планеты (около 6 000 000 000 000 000 000 000 тонн).

Биотехнологическими приемами, еще 6000 лет тому назад пользовались народы Двуречья изготовляя пьянящий напиток, т.е. пиво тех времен.

Умели варить пиво и древние египтяне используя дрожжи, сахар и брожение. Римляне и греки используя виноградный сок получали вино.

На основании выше сказанного на вопрос, что такое биотехнология, мы можем ответить так, что это наука об использовании живых организмов и биологических процессов в производстве.

В связи с выше изложенным, историю возникновения и развития биотехнологии можно разделить на три этапа.

Первый этап – зарождение биотехнологии. Многие сотни лет человек, не имея научных представлений о микробиологии, биохимии и других науках, разработал и практически успешно использовал методы биотехнологии в хлебопечении, сыроделии, виноделии, изготовлении кисломолочных продуктов, т.е. древнейших отраслях хозяйственной деятельности.

Второй этап (XIX в.) – становление биотехнологии как науки. Начало бурного развития биотехнологических наук: генетики, микробиологии, биохимии, вирусологии, физиологии, эмбриологии и др.

Третий этап (середина 70-х годов XX в.) – развитие биотехнологии в различных направлениях с помощью методов генной и клеточной инженерии.

Первыми биотехнологическими приемами в животноводстве стали искусственное осеменение животных и силосование кормов.

Впервые в Росси в 1887 г. хирургическим путем В.И. Шведов трансплантировал дробящиеся оплодотворенные яйцеклетки – зиготы крысы.

История трансплантации эмбрионов крупного рогатого скота начинается с 1950 г., когда О. Уиллем (США) пересадил оплодотворенную яйцеклетку от одной телки другой и получил живого теленка.

Из европейских государств, которые стали использовать трансплантацию эмбрионов как метод, ускоряющий селекционный процесс и повышающий его эффективность, необходимо отметить Францию, Великобританию, Данию, Германию, Италию, Бельгию, Словакию.

Современный этап развития биотехнологии связан с открытием новых закономерностей в процессах жизнедеятельности организмов на молекулярном уровне.

Развитие биотехнологии привело к созданию промышленного производства по получению различных биопрепаратов для использования их в медицине, ветеринарии, пищевой промышленности.

С каждым годом увеличивается число технологий, методов и препаратов, предназначенных повысить продуктивность животных и качество продукции. В мире насчитывают более 450 биотехнологических компаний, производящих препараты для поддержания здоровья животных и повышения их продуктивности.

Направления биотехнологии

Одно из наиболее перспективных направлений – клонирование эмбрионов, т.е. получение максимального количества потомков от высокопродуктивных животных.

Для этого разработана методика создания идентичных (клонов) эмбрионов путем внесения ядра клетки эмбриона высококлассного животного в неоплодотворенную яйцеклетку с предварительно удаленным ядром, малоценным в племенном отношении; разделение эмбрионов на два, четыре, шесть и восемь частей.

Одноклеточные «синтетические» эмбрионы научились выращивать до 8-, 16- и даже 32- клеточной стадии в лабораторных условиях. Поэтому их можно не только имплантировать коровам или замораживать с целью хранения, но и использовать для последующего клонирования. Таким образом, можно in vitro получать неограниченное количество эмбрионов, исключая процедуру их взятия у высокопродуктивных животных. Теоретически от одного эмбриона крупного рогатого скота можно иметь тысячи животных.

Другое достижение биотехнологических исследований в области животноводства, имеющее практическое значение, - метод получения трансгенных животных, в геном которых «встроен» чужеродный ген. С его помощью за короткий период можно получить быстрорастущих животных, с высокой молочной продуктивностью, устойчивостью к болезням и т.д.

Получение даже одного животного с унаследованным пересаженным геном считается большим достижением. Такое животное рассматривают как основу для создания новой линии.

Сегодня биотехнология используется при решении многих практических вопросов по повышению эффективности здравоохранения, увеличению продовольственных ресурсов страны и обеспечению различных производств сырьем, созданию и использованию рентабельных возобновляемых источников энергии и безотходных производств, сокращению вредных антропологических воздействий на окружающую природную среду и в других отраслях.

В настоящее время, в наиболее развитых странах созданы и продолжают создаваться предприятия, которые используя биотехнологию производят корма и кормовые добавки, продукты питания, медицинские препараты, проводят трансплантацию эмбрионов и решают другие хозяйственные задачи.

Полагают, что дальнейший прогресс человечества не только будет во многом зависеть от развития биотехнологии, но и просто не сможет без нее обойтись, так как нет пока других научно обоснованных предложений обеспечить прежде всего продуктами питания все возрастающее население Земли.

Наиболее перспективными направлениями в биотехнологии являются производства связанные с нетрадиционным получением на биофабриках, в необходимых количествах белка, незаменимых аминокислот, лекарственных препаратов, биогаза и преобразованием солнечной энергии.