Генная инженерия и биотехнологии. Их роль в выживании человечества

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ С. А. ЕСЕНИНА

РЕФЕРАТ

На тему: «Генная инженерия и биотехнологии. Их роль в выживании человечества»

По дисциплине: «Концепция современного естествознания»

Выполнила: студентка 1-го курса естественно-географического факультета отделения социально-культурного сервиса и туризма Калугина П.

Проверил: Золотов Г.В.

Рязань 2009

ПЛАН

Введение

I.ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

1. Исторический аспект

2. Новые характеристики «привитые» растениям посредством генной инженерии

3. Наиболее впечатляющие достижения

4. Преимущества генной инженерии

5. Проблемы и перспективы

5.1. Экологические риски

5.2. Медицинские риски

5.3. Социально- экономические риски

6. Перспективы генной инженерии

II.БИОТЕХНОЛОГИИ

1. История биотехнологии

2. Микробиологический синтез

3. Плазмиды

4. Биотехнологическая промышленность

Заключение. Роль генной инженерии и биотехнологий в выживании человечества.

Введение

В данном реферате рассматриваются основные характеристики, проблемы и перспективы такой новейшей технологии, как генная инженерия. В настоящее время эта тема весьма актуальна. По прогнозам учёных к концу 21-го века население Земли может увеличиться до 10 миллиардов. Как прокормить такое количество людей качественной пищей, если и при 6 миллиардах в некоторых регионах население голодает? Впрочем, даже если бы такой проблемы не существовало, то человечество, для решения других своих проблем, стремилось бы внедрять в сельское хозяйство наиболее производительные биотехнологии. Одной из таких технологий как раз и является генная инженерия.

1. Исторический аспект

Любое растение или животное имеет различные признаки. За наличие каждого признака отвечает определённый ген. Ген - от греческого genos, и переводится как "род", "происхождение". Ген - это маленький сегмент молекулы ДНК и он порождает определённый признак растения или животного. Если убрать ген, отвечающий за появление определённого признака, то исчезнет и сам признак. И, наоборот, если добавить, например, растению новый ген, то у растения появится и новый признак. Изменённое же растение может теперь именоваться мутантом (с лат.- изменённый).

В 1962 г. Уотсон и Крик совершили одно из величайших открытий, установив молекулярную структуру ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и определив ее роль в передаче наследственной информации. Позднее группа американских исследователей сообщила о выделении в лаборатории первой гибридной (рекомбинантной) молекулы ДНК – то есть вещества, объединившего в себе гены разных организмов. С этого момента формально и взяла старт генная инженерия. Притягательность трансгенов кроется в том существенном факте, что биотехнологии позволяют выводить новые культуры за 2-3 года. Обычные же методы селекции путем отбора и скрещивания - 10 и более лет.

2. Новые характеристики «привитые» растениям посредством генной инженерии.

На сегодняшний день существует несколько сотен генетически изменённых продуктов. Чаще всего культурные растения наделяют устойчивостью к насекомым или вирусам. Устойчивость к гербицидам позволяет «избранному» растению быть невосприимчивым к смертельным для других дозам химикатов. Устойчивая к насекомым флора становится бесстрашной: колорадский жук, съедая листик картофеля, погибает. Основная масса трансгенов культивируется в США, в Канаде, Аргентине, Китае. Однако в некоторых странах ЕС введен мораторий на ввоз таких продуктов. Соя - единственная трансгенная культура, разрешенная к применению в России.

3. Наиболее впечатляющие достижения

Первым искусственно изменённым продуктом стал помидор. Его новым свойством стала способность месяцами лежать в недоспелом виде. Но как только такой помидор помещался в тепло, он за несколько часов становится спелым. Оказалось, что в этот помидор для увеличения морозоустойчивости вживили ген североамериканской плоской рыбы.

Американские компании планируют наладить массовое производство клонированных цыплят.

Ученые размножают эмбриональные стволовые клетки донора, из которых развиваются все ткани. Затем эти клетки имплантируются в обычное яйцо. Ученые добились, чтобы донорских клеток было более 95 %, и даже создали 100-процентного клона.

Американцы добились изменения клубники, тюльпанов. Они планируют получить помидоры кубической формы, чтобы их было легче упаковывать в ящики. Швейцарцы начали выращивать кукурузу, которая выделяет собственный яд против вредителей. Идут работы по созданию пластмассы, которая бы разрушалась, попадая в окружающую среду.

4. Преимущества генной инженерии

1.С помощью генной инженерии можно увеличить в генетически измененной продукции содержание полезных веществ и витаминов по сравнению с «чистыми» сортами. Например, можно «вставить» витамин А в рис, с тем чтобы выращивать его в регионах, где люди испытывают его нехватку.

2.Путем генетической модификации растений можно уменьшить интенсивность обработки полей пестицидами и гербицидами.

3.Генетически измененным продуктам могут быть приданы лечебные свойства. Ученым уже удалось создать банан с содержанием анальгина и салат, вырабатывающий вакцину против гепатита B.

5.Модифицированные виды помогут решить и некоторые экологические проблемы. Конструируются растения, эффективно поглощающие цинк, кобальт, кадмий, никель и прочие металлы из загрязненных промышленными отходами почв.

5.Проблемы и перспективы

Выведение генетически модифицированных видов растений и животных представляет определенную опасность, обусловленную непредсказуемостью их развития и поведения в естественной среде. Риски, связанные с применением генной инженерии, разделяют на три категории: экологические, медицинские и социально-экономические.

5.1. Экологические риски

1. Появление супервредителей. Как известно, в экстремальных условиях, таких как процесс вытеснения вредителей, скорость мутаций растет, и неизвестно, сколько понадобится насекомым времени для того, чтобы приспособиться к новым условиям окружающей среды.

2. Нарушение природного баланса. Уже доказано, что многие ГМ-растения, такие, как ГМ-табак или технический рис, применяемый для производства пластика и лекарственных веществ, смертельно опасны для живущих на поле или рядом с ним грызунов.

5.2. Медицинские риски

1.Повышенная аллергеноопасность. В 1996 году генный инженер Университета штата Небраска, подтвердил: при попытке повысить содержание белка в ГМ-сое в нее вместе с геном бразильского ореха был перенесен аллерген. Тестирование ГМ-продуктов на аллергиках не входит в обязательную программу испытаний новых продуктов, а поэтому то, что аллерген был вовремя замечен, можно назвать счастливой случайностью.

2.Возможная токсичность и опасность для здоровья. В 1989 году одна из японских химических компаний поставила на американский рынок новый ГМ-вариант известной пищевой добавки L-tryptophan. В результате 37 человек погибли, а более 5000 стали инвалидами с потенциально смертельным диагнозом - синдром эозиафильной миалгии (неизлечимое заболевание крови).

3.Возникновение новых и опасных вирусов. Экспериментально показано, что встроенные в геном гены вирусов могут соединяться с генами инфекционных вирусов. Такие новые вирусы могут быть более агрессивными, чем исходные.

5.3. Социально- экономические риски

Сторонники генной инженерии заявляют, что создаваемые с ее помощью продукты могут решить проблему мирового голода. Однако их оппоненты подчеркивают потенциальную опасность сосредоточения генетических технологий в руках частных компаний через патентование определенных жизненных форм, которые могут вытеснить традиционные сельскохозяйственные культуры и породы животных.

6. Перспективы генной инженерии

Особенности новых технологий могут привести к большим опасностям. Разрушающий самовоспроизводящийся объект, специально созданный и оказавшийся вне контроля, может стать средством массового поражения. Угрозой будет само знание. Однако успех в этой отрасли науки сможет поднять производительность труда и способствовать решению многих существующих проблем,; но, в то же время, создать новые разрушительные средства.

II.БИОТЕХНОЛОГИИ

Биотехнология— интеграция естественных и инженерных наук, реализующая возможности живых организмов для создания и модификации продуктов или процессов различного назначения. Она представляет собой систему приёмов использования процессов жизнедеятельности живых организмов для получения промышленным способом ценных продуктов.

1.История биотехнологии

Впервые термин «биотехнология» применил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 году. Но отдельные элементы биотехнологии появились достаточно давно. Это были попытки использовать в производстве отдельные клетки (микроорганизмы) и ферменты, способствующие протеканию химических процессов. В начале XX века активно развивалась микробиологическая промышленность, были предприняты попытки использовать ферменты в текстильной промышленности. Вклад в дело практического использования достижений биохимии внёс академик А. Н. Бах.

Были разработаны рекомендации по улучшению технологий обработки биохимического сырья, совершенствованию технологий хлебопечения, производства чая и табака и т. п., а также рекомендации по повышению урожая культурных растений путём управления протекающими в них биохимическими процессами.

В производственном отношении основой биотехнологии стала микробиологическая промышленность. Микроорганизмы использовали как средство повышения интенсивности биохимических процессов и как миниатюрные синтетические фабрики, способные синтезировать внутри своих клеток сложнейшие химические соединения.

Перелом в науке был связан с открытием и началом производства антибиотиков. Первый — пенициллин — был выделен в 1940 году.

Затем были открыты и другие антибиотики. Позднее появились новые задачи: налаживание производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами; работа над повышением уровня доступности новых лекарств. Синтезировать антибиотики химически было очень дорого и почти невозможно. Было решено использовать микроорганизмы, синтезирующие пенициллин и другие антибиотики. Так возникло важнейшее направление биотехнологии, основанное на использовании процессов микробиологического синтеза.

2. Микробиологический синтез. Развитие микробиологической промышленности, выпускающей продукты биосинтеза, позволило накопить очень важный опыт конструирования и эксплуатации нового промышленного оборудования. В настоящее время с помощью микробиологического синтеза производят антибиотики, ферменты, аминокислоты, и другие. Сейчас химическая промышленность для производства горючего, ацетона и других веществ использует как исходное сырьё нефть, газ и уголь. Но их запасы не безграничны.

А в микробиологической промышленности для производства химических продуктов могут использоваться неограниченные массы органического сырья, отходов, образующихся в сельском хозяйстве, лесной промышленности, очистных сооружениях городов и т. п. Разработка и внедрение эффективных технологий такого производства — задача, имеющая большое значение для экономики народного хозяйства.

Важным направлением биотехнологии является производство и использование так называемых иммобилизованных ферментов. Эти ферменты обеспечивают осуществление химических реакций без высоких температур и давлений и ускоряют их в миллионы и миллиарды раз. При этом каждый фермент катализирует только одну определённую реакцию. Биологические катализаторы можно использовать также не извлекая их из живых организмов, прямо в бактериальных клетках. Этот способ - основа всякого микробиологического производства.

Для того чтобы стабилизировать (иммобилизовать) ферменты, сделать их пригодными для многократного промышленного использования, их присоединяют с помощью прочных химических связей к нерастворимым или растворимым носителям — ионообменным полимерам, пористому стеклу, полисахаридам и т. п. В результате ферменты становятся устойчивыми и могут быть использованы многократно. Разработка способа повышения устойчивости ферментов значительно расширяет возможности их использования. С помощью ферментов можно, например, получать сахар из растительных отходов.

3. Плазмиды

Наибольшие успехи были достигнуты в области изменения генетического аппарата бактерий. Вводить новые гены в геном бактерии научились с помощью кольцеобразных молекул ДНК — плазмид, присутствующих в бактериальных клетках.

В них «вклеивают» гены, и такие гибридные плазмиды добавляют к культуре бактерий, например кишечной палочки. Некоторые из этих бактерий поглощают плазмиды целиком. Затем она начинает реплицироваться в клетке, воспроизводя в клетке кишечной палочки десятки своих копий, которые обеспечивают синтез новых белков.

4. Биотехнологическая промышленность

Биотехнологическую промышленность разделяют на четыре направления:

• «Красная» биотехнология— производство биофармацевтических препаратов (протеинов, ферментов, антител) для человека, а также коррекция генетического кода.
• «Зелёная» биотехнология— разработка и внедрение в культуру генетически модифицированных растений.
• «Белая» биотехнология— производство биотоплив, ферментов и биоматериалов для различных отраслей промышленности.
• Академические и правительственные исследования — например, расшифровка генома риса.

Очевидно, что биотехнология имеет огромное будущее. И дальнейшее её развитие тесно связано с одновременным развитием всех важнейших отраслей биологической науки, исследующих живые организмы на разных уровнях их организации.

Заключение

Методом генной инженерии получен уже ряд препаратов, в том числе инсулин человека и противовирусный препарат интерферон (интерферон – возможное средство лечения рака и СПИДа). И хотя эта технология еще только разрабатывается, она сулит достижение огромных успехов и в медицине, и в сельском хозяйстве. В медицине это весьма перспективный путь создания и производства вакцин. В сельском хозяйстве с помощью рекомбинантной ДНК могут быть получены сорта культурных растений, устойчивые к засухе, холоду, болезням, насекомым-вредителям и гербицидам.

Развитие генной инженерии сделает возможным улучшение генотипа человека. Масштабные задачи, стоящие сегодня перед человечеством требуют людей талантливых во многих отраслях, совершенных и высокоразвитых личностей, обладающих идеальным здоровьем, высочайшими физическими и умственными способностями. Таких людей можно будет создать методами генной, генетической и клеточной инженерии. Эти методы будут применимы как к только появляющимся на свет детям, так и к уже взрослым людям.

Человек сможет многократно усилить свои собственные способности, и увеличить способности своих детей. Уже сегодня многие всемирно известные учёные, такие как Уотсон, один из первооткрывателей ДНК, говорят о том, что человеческая глупость, например, является по сути своей генетическим заболеванием и в будущем будет излечима.

Будут полностью ликвидированы генетические причины заболеваний, все люди будут совершенно здоровыми. Старение будет остановлено и никому не придётся сталкиваться с увяданием, дряхлостью. Люди станут практически бессмертными - смерть будет становиться всё более редким явлением, перестав быть неизбежностью.

Прогресс вряд ли остановится на исправлении недостатков. Излечив болезни и остановив старение, человек примется за улучшение собственного организма, за его перестройку по собственным планам и желаниям. Люди смогут произвольным образом лепить свое собственное тело и мозг, добавлять себе новые способности, возможность жить под водой, летать, питаться энергией солнечного света, добавлять новые отделы мозга, новые органы тела.

Но человек вряд ли ограничится собственной перестройкой. Любой организм, существование которого не противоречит законам природы, сможет быть создан. Новые виды животных, растений и даже совершенно новых существ будут создаваться в промышленных целях, как форма творчества, для освоения космоса. Кроме того, человек наверняка захочет помочь братьям своим меньшим подняться с животного уровня. С помощью генной модификации можно будет усилить интеллект собак, шимпанзе, дельфинов, других животных.

Таким образом, биотехнология в совокупности с другими научными направлениями открывает новую эру взаимодействия человека с окружающей средой и, особенно, с живым веществом биосферы.

Литература

1. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. — Москва, 1998.

2. Стент Г., Кэлиндар Р. Молекулярная генетика. — Москва, 1981.

3. Патрушев Л. И. Искусственные генетические системы. — М.: Наука, 2004

4. Веб-адрес: http://www.transhumanism-russia.ru