Ang biotechnology ay ang mulat na paggawa ng mga produkto at materyales na kailangan ng tao gamit ang mga buhay na organismo at biological na proseso.

Mula noong sinaunang panahon, ang biotechnology ay pangunahing ginagamit sa industriya ng pagkain at magaan: sa paggawa ng alak, panaderya, pagbuburo ng mga produkto ng pagawaan ng gatas, sa pagproseso ng flax at katad, batay sa paggamit ng mga mikroorganismo. Sa nakalipas na mga dekada, ang mga posibilidad ng biotechnology ay lumawak nang husto. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang mga pamamaraan nito ay mas kumikita kaysa sa mga maginoo para sa simpleng dahilan na sa mga buhay na organismo, ang mga biochemical reaksyon na na-catalyze ng mga enzyme ay nangyayari sa ilalim ng pinakamainam na mga kondisyon (temperatura at presyon), ay mas produktibo, palakaibigan sa kapaligiran at hindi nangangailangan ng kemikal. reagents na nakakalason sa kapaligiran.

Ang mga bagay ng biotechnology ay maraming mga kinatawan ng mga grupo ng mga nabubuhay na organismo - mga mikroorganismo (mga virus, bakterya, protozoa, lebadura), halaman, hayop, pati na rin ang mga cell na nakahiwalay sa kanila at mga subcellular na bahagi (organelles) at kahit na mga enzyme. Ang biotechnology ay batay sa mga prosesong pisyolohikal at biochemical na nagaganap sa mga buhay na sistema, na nagreresulta sa pagpapalabas ng enerhiya, synthesis at pagkasira ng mga produktong metaboliko, at ang pagbuo ng mga kemikal at istrukturang bahagi ng cell.

Ang pangunahing direksyon ng biotechnology ay ang paggawa, gamit ang mga microorganism at kulturang eukaryotic cells, ng biologically active compounds (enzymes, vitamins, hormones), mga gamot (antibiotics, vaccine, serums, highly specific antibodies, atbp.), pati na rin ang mahahalagang compound ( feed additives, halimbawa, mahahalagang amino acids, feed proteins, atbp.). Ang mga pamamaraan ng genetic engineering ay naging posible na mag-synthesize sa mga pang-industriyang dami ng mga hormone tulad ng insulin at somatotropin (growth hormone), na kinakailangan para sa paggamot ng mga genetic na sakit ng tao.

Ang isa sa pinakamahalagang lugar ng modernong biotechnology ay ang paggamit din ng mga biological na pamamaraan upang labanan ang polusyon sa kapaligiran (biological treatment ng wastewater, kontaminadong lupa, atbp.).

Kaya, upang kunin ang mga metal mula sa wastewater, ang mga bacterial strain na may kakayahang mag-ipon ng uranium, tanso, at kobalt ay maaaring malawakang gamitin. Ang ibang bacteria ng genera Rhodococcus at Nocardia ay matagumpay na ginagamit para sa emulsification at sorption ng petroleum hydrocarbons mula sa aquatic environment. Ang mga ito ay may kakayahang paghiwalayin ang mga bahagi ng tubig at langis, pag-concentrate ng langis, at paglilinis ng wastewater mula sa mga dumi ng langis. Sa pamamagitan ng pag-asimilasyon ng mga hydrocarbon ng petrolyo, ang mga naturang microorganism ay nagko-convert sa kanila sa mga protina, B bitamina at karoten.

Ang ilan sa mga halobacteria strain ay matagumpay na ginagamit upang alisin ang langis ng panggatong mula sa mabuhanging dalampasigan. Ang mga genetically engineered na strain ay nakuha din na maaaring masira ang octane, camphor, naphthalene, at xylene, at epektibong gumamit ng krudo.

Ang paggamit ng mga pamamaraan ng biotechnology upang maprotektahan ang mga halaman mula sa mga peste at sakit ay napakahalaga.

Ang biotechnology ay pumapasok sa mabigat na industriya, kung saan ginagamit ang mga mikroorganismo upang kunin, i-convert at iproseso ang mga likas na yaman. Nasa sinaunang panahon, ang mga unang metalurgist ay nakakuha ng bakal mula sa mga bog ores na ginawa ng iron bacteria, na may kakayahang mag-concentrate ng bakal. Ngayon ang mga pamamaraan ay binuo para sa bacterial concentration ng isang bilang ng iba pang mga mineral na metal: mangganeso, sink, tanso, kromo, atbp. Ang mga pamamaraang ito ay ginagamit upang bumuo ng mga dump ng mga lumang minahan at mahihirap na deposito, kung saan ang mga tradisyonal na pamamaraan ng pagmimina ay hindi matipid sa ekonomiya.

Ang genetic engineering ay isa sa pinakamahalagang pamamaraan ng biotechnology. Kabilang dito ang naka-target na artipisyal na paglikha ng ilang mga kumbinasyon ng genetic na materyal na may kakayahang gumana nang normal sa isang cell, ibig sabihin, pagpaparami at pagkontrol sa synthesis ng mga huling produkto. Mayroong ilang mga uri ng pamamaraan ng genetic engineering, depende sa antas at katangian ng paggamit nito.

Pangunahing ginagamit ang genetic engineering sa mga prokaryote at microorganism, bagama't kamakailan lamang ay nagsimula itong gamitin sa mas matataas na eukaryote (halimbawa, mga halaman). Kasama sa pamamaraang ito ang paghihiwalay ng mga indibidwal na gene mula sa mga cell o ang synthesis ng mga gene sa labas ng mga selula (halimbawa, batay sa messenger RNA na na-synthesize ng isang partikular na gene), nakadirekta na muling pagsasaayos, pagkopya at pagpapalaganap ng mga nakahiwalay o na-synthesize na mga gene (gene cloning), pati na rin bilang kanilang paglipat at pagsasama sa paksa upang baguhin ang genome. Sa ganitong paraan, posibleng makamit ang pagsasama ng mga "dayuhang" genes sa bacterial cells at ang synthesis ng mga compound na mahalaga para sa mga tao ng bacteria. Dahil dito, posibleng ipakilala ang insulin synthesis gene mula sa genome ng tao sa E. coli genome. Ang insulin na na-synthesize ng bacteria ay ginagamit para gamutin ang mga pasyenteng may diabetes.

Ang pag-unlad ng genetic engineering ay naging posible salamat sa pagkatuklas ng dalawang enzymes - restriction enzymes, na pumutol sa molekula ng DNA sa mahigpit na tinukoy na mga lugar, at ligases, na nagtatahi ng mga piraso ng iba't ibang molekula ng DNA. Bilang karagdagan, ang genetic engineering ay batay sa pagtuklas ng mga vector, na mga maikling pabilog na molekula ng DNA na independiyenteng nagpaparami sa mga selulang bacterial. Sa tulong ng mga restriction enzymes at ligases, ang kinakailangang gene ay ipinasok sa mga vectors, pagkatapos ay nakamit ang pagsasama nito sa genome ng host cell.

Ang cell engineering ay isang paraan ng pagbuo ng isang bagong uri ng mga cell batay sa kanilang paglilinang, hybridization at reconstruction. Ito ay batay sa paggamit ng mga pamamaraan ng cell at tissue culture. Mayroong dalawang bahagi ng cell engineering: 1) ang paggamit ng mga cell na inilipat sa kultura para sa synthesis ng iba't ibang mga compound na kapaki-pakinabang para sa mga tao; 2) ang paggamit ng mga kulturang selula upang makakuha ng mga nabagong halaman mula sa kanila.

Ang mga cell ng halaman sa kultura ay isang mahalagang mapagkukunan ng mahalagang natural na mga sangkap, dahil pinapanatili nila ang kakayahang mag-synthesize ng mga sangkap na katangian ng mga ito: alkaloid, mahahalagang langis, resin, biologically active compound. Kaya, ang mga selula ng ginseng na inilipat sa kultura ay patuloy na nag-synthesize, tulad ng sa komposisyon ng buong halaman, mahalagang panggamot na hilaw na materyales. Bukod dito, sa kultura, ang anumang mga manipulasyon ay maaaring isagawa sa mga cell at kanilang mga genome. Gamit ang sapilitan na mutagenesis, posibleng mapataas ang produktibidad ng mga kulturang cell strain at isakatuparan ang kanilang hybridization (kabilang ang malayong hybridization) na mas madali at mas simple kaysa sa antas ng buong organismo. Bilang karagdagan, ang gawaing genetic engineering ay maaaring isagawa sa kanila, tulad ng sa mga prokaryotic cells.

Sa pamamagitan ng pag-hybrid ng mga lymphocytes (mga cell na nag-synthesize ng mga antibodies, ngunit lumalaki nang nag-aatubili at sa maikling panahon sa kultura) na may mga selulang tumor na may potensyal na imortalidad at may kakayahang walang limitasyong paglaki sa isang artipisyal na kapaligiran, isa sa pinakamahalagang problema ng biotechnology sa kasalukuyang yugto ay nalutas - ang mga selulang hybridoma na may kakayahang walang katapusang paglaki ay nakuha.synthesis ng mga highly specific antibodies ng isang partikular na uri.

Kaya, ginagawang posible ng cell engineering na bumuo ng isang bagong uri ng mga cell gamit ang proseso ng mutation, hybridization at, bukod dito, upang pagsamahin ang mga indibidwal na fragment ng iba't ibang mga cell (nuclei, mitochondria, plastids, cytoplasm, chromosome, atbp.), Mga cell ng iba't ibang uri , na nauugnay hindi lamang sa iba't ibang genera, pamilya, kundi pati na rin sa mga kaharian. Pinapadali nito ang solusyon ng maraming teoretikal na problema at may praktikal na kahalagahan.

Ang cell engineering ay malawakang ginagamit sa pag-aanak ng halaman. Ang mga hybrid ng kamatis at patatas, mansanas at cherry ay binuo. Ang mga halaman na na-regenerate mula sa naturang mga cell na may binagong heredity ay ginagawang posible na mag-synthesize ng mga bagong anyo at varieties na may mga kapaki-pakinabang na katangian at lumalaban sa hindi kanais-nais na mga kondisyon at sakit sa kapaligiran. Ang pamamaraang ito ay malawakang ginagamit upang "iligtas" ang mga mahahalagang uri na apektado ng mga sakit na viral. Mula sa kanilang mga sprouts sa kultura, ilang mga apical cell ang nakahiwalay, hindi pa apektado ng virus, at ang mga malulusog na halaman ay muling nabuo mula sa kanila, una sa isang test tube, at pagkatapos ay inilipat sa lupa at pinalaganap.



Pag-usbong genetic (genetic) engineering nauugnay sa paglikha ng teknolohiya para sa paghihiwalay ng mga gene mula sa DNA at mga pamamaraan para sa pagpapalaganap ng nais na gene ng natural na siyentipiko na si P. Berg (1972, USA). Ang pagpapakilala ng mga dayuhang genetic na impormasyon sa isang buhay na organismo, genetic manipulation na may layuning baguhin ang mga umiiral at paglikha ng mga bagong genotypes ay bumubuo ng isa sa mga pinaka-promising kasalukuyang problema ng genetic engineering.

Batay sa genetic engineering, isang bagong sangay ng industriya ng parmasyutiko ang lumitaw, na isang promising branch ng modernong biotechnology - microbiological synthesis. Gamit ang mga pamamaraan ng genetic engineering, ang mga clone ng maraming gene, insulin, histones, mouse, rabbit at human collagen at globin, peptide hormones at interferon, na ginagamit sa medikal na pagsasanay, ay nakuha.

Ang pag-unlad ng genetic engineering ay ginagawang posible na lumikha ng mga bagong genotype ng mga halaman at hayop sa agrikultura, na kung saan ay nailalarawan sa pamamagitan ng kawalan ng ilang mga sakit at pagtaas ng produktibo.

Ang mga pamamaraan ng genetic engineering ay malawakang ginagamit sa medisina, pharmacology, at microbiology. Halimbawa, ang paggamit ng mga molecular test (mga fragment ng DNA) ay posibleng matukoy kung ang donor blood ay nahawaan ng AIDS virus.

Ang mga genetic na teknolohiya ay binuo upang mapabuti ang mga bakuna at lumikha ng mga bagong bakuna. Ang mga geneticist ay nagsasagawa ng pananaliksik sa genetic modification ng mga katangian ng mga microorganism na kinakailangan para sa paggawa ng keso, paggawa ng alak, pagluluto sa hurno, at paggawa ng mga produktong fermented milk.

Gumagamit ang agrikultura ng mga binagong mikrobyo upang labanan ang mga mapaminsalang virus, mikrobyo at insekto.

Cell engineering tumatalakay sa genetic manipulation ng mga indibidwal na cell o grupo ng mga cell. Kasama sa mga nagawa ng cell engineering ang pamamaraan ng in vitro fertilization ng isang itlog na may kasunod na pagtatanim ng mga embryo nito sa matris. Sa kasalukuyan ay may sampu-sampung libong mga test tube na sanggol sa mundo.

Ginagamit ang mga pamamaraan ng cellular engineering sa pag-aalaga ng hayop upang magparami ng mga hayop na may ilang partikular na katangian na kapaki-pakinabang sa mga tao. Sa kasong ito, ang mga seksyon ng mga molekula ng DNA ay ipinakilala sa mga itlog ng mga eksperimentong hayop, na binabago ang genotype ng indibidwal.

Sa paglaki ng halaman, upang mabawasan ang oras ng pagpaparami at makabuluhang taasan ang bilang ng mga bagong specimen, ginagamit nila clonal micropropagation(pagkuha ng isang organismo ng halaman mula sa isang cell).

Gayunpaman, kinakailangang tandaan ang negatibong aspeto ng pag-unlad ng genetic at cellular engineering: ang posibilidad ng pagkuha ng mga bagong pathogenic virus at paglikha ng mga bagong uri ng bacteriological na armas ay nagiging totoo, na hindi lamang humahantong sa destabilization at tensyon sa mga relasyon sa pagitan ng mga bansa, ngunit nagbabanta din sa kagalingan ng sibilisasyon ng tao.

Noong 1997, lumabas ang impormasyon sa press na ang Scottish scientist na si J. Wilmut ay nakabuo ng isang paraan para sa pag-clone ng mga mammal, na nagresulta sa cloned na tupa na si Dolly. 236 na mga eksperimento ang isinagawa, kung saan isa lamang ang matagumpay - isang tupa ang ipinanganak na nagdadala ng buong genotype ng ina.

Pagkatapos nito, ang mga talakayan sa isyu ng pag-clone ng tao ay nagsimulang lumitaw nang mas madalas. Sa katunayan, ang mga teknolohiya ng genetic engineering ay lumalapit sa paglutas ng problemang ito. Ngunit dapat tandaan na ang pag-clone ng tao ay magdaragdag ng ilang mga problema sa etika, legal at relihiyon, kung saan ang pinaka-pagpindot ay marahil ang mga sumusunod:

♦ pagpapahina sa mga pagpapahalagang moral ng sangkatauhan;

♦ masamang epekto sa panlipunan at biyolohikal na pagpapanatili ng populasyon ng tao;

♦ ang posibleng paglitaw ng isang sibilisasyon na may iba pang pamantayang moral (o kawalan nito);

♦ ang paglitaw ng mga kriminal na asosasyon ng mga mananaliksik na gumagamit ng mga nagawa ng genetic engineering para sa mga iligal na layunin.

Kaya, ang moral at panlipunang aspeto ng paggamit ng mga tagumpay ng genetika sa mga interes ng tao ay nangangailangan ng malawakang talakayan, atensyon at kontrol ng publiko.

Mga tanong sa pagsusulit sa sarili

1. Bakit ang electromagnetism ay isang katangian ng pagkakaroon ng buhay na bagay?

2. Ano ang ibig sabihin ng evolutionary-synergetic approach sa paglalarawan ng kalikasan?

3. Ano ang kakanyahan ng pagsasaayos ng sarili sa kalikasan sa pangkalahatan at sa partikular na bagay na nabubuhay?

4. Ano ang papel ng synergetics para sa modernong pananaw sa mundo?

5. Pangalanan ang mga pangunahing katangian ng self-organizing system.

6. Ibigay ang konsepto ng bifurcation tree bilang modelo ng ebolusyon ng kalikasan, tao, at lipunan.

7. Tukuyin ang buhay mula sa pananaw ng iba't ibang siyentipiko. Pangalanan ang mga pagkakaiba sa pagitan ng nabubuhay at walang buhay na bagay.

8. Ilarawan ang mga antas ng istruktura ng organisasyon ng bagay na may buhay.

9. Bumuo ng mga pangunahing hypotheses ng pinagmulan ng buhay sa Earth.

10. Pangalanan ang mga pangunahing yugto ng pinagmulan ng buhay ayon sa A.I. Oparin.

11. Ilarawan ang cell bilang isang elementary unit ng mga bagay na may buhay.

12. Pangalanan ang mga pangunahing probisyon ng teorya ng ebolusyon ni Charles Darwin. Paano naiiba ang sintetikong teorya ng ebolusyon sa teoryang Darwinian?

13. Ano ang ebolusyonaryong larawan ng mundo at pandaigdigang ebolusyonismo?

14. Tukuyin ang pagmamana at pagkakaiba-iba.

15. Ano ang tinutukoy ng mga konseptong "mana", "gene", "genome", "gene pool"?

16. Ano ang genotype at phenotype? Bakit karaniwang tinatanggap na tinutukoy ng genotype ang phenotype?

17. Tukuyin ang genetic code at ilista ang mga katangian nito.

18. Ilista ang mga pangunahing prinsipyo ng hybridological analysis.

19. Aling mga katangian ang tinatawag na dominant at alin ang tinatawag na recessive?

20. Aling mga organismo ang tinatawag na homozygous at alin ang heterozygous?

21. Ibigay ang modernong pagbabalangkas ng mga batas ni Mendel.

22. Ano ang mga katangian ng genetika ng tao? Ilista ang mga pangunahing pamamaraan ng genetika ng tao.

Sa mahabang panahon, pinangarap ng tao na ang mga hayop na kanyang pinalaki ay magiging mas malaki, mas matigas at mas produktibo. Upang ang mga pananim na pang-agrikultura na pinalago niya ay mahinog sa pinakamaikling posibleng panahon, hindi apektado ng mga peste at sakit, at lumalaki kahit na sa mga kondisyon ng mababang temperatura ng kapaligiran at ang kawalan ng regular na pag-ulan.

Sa ilang mga lawak, ang lahat ng mga planong ito ay nabuhay salamat sa pagpili, ngunit ang prosesong ito ay napakahaba, at walang sinuman ang magagarantiya ng kumpletong tagumpay. Bilang karagdagan, ang pamamaraang ito ay hindi makakatulong sa anumang paraan upang pagsamahin ang mga tampok ng ilang mga species nang sabay-sabay sa isang organismo. Siyempre, kung maaari silang mag-interbreed nang natural, posible ito, ngunit sa ibang mga kaso maaari lamang managinip ng mga kinakailangang namamana na katangian.

Mga Pangunahing Teknolohiya

Ang pangunahing paraan para makamit ang gayong mga resulta ay cell engineering. Ang lahat ng mga pamamaraan nito ay napag-aralan nang detalyado sa ilang mga mikroorganismo. Sa pangkalahatan, ang karagdagang mga posibilidad at mga prospect ng direksyon na ito ay napakalaki. Sa ngayon, ang malalim na pananaliksik ay isinasagawa upang ihiwalay ang mga indibidwal na gene, na maaaring isama sa katawan. Sa madaling salita, magiging posible na lumikha ng mga alagang hayop at halaman na magkakaroon ng mahigpit na tinukoy na hanay ng mga katangian at may kinakailangang hitsura.

Hindi natin dapat kalimutan na ang cellular engineering ng mga microorganism ay naging posible upang makakuha ng "multifunctional" na bakterya, na, halimbawa, ay maaaring biologically decompose polyethylene. Bilang karagdagan, ang binagong bakterya ay isang perpektong materyal para sa paggawa ng bakuna. Maaaring sila ay ganap na ligtas (na nagpapahintulot sa paggamit ng "live" na mga gamot) dahil sa kumpletong kawalan ng virulence, ngunit nagtataglay ng buong hanay ng mga antigens ng kanilang "ligaw" na mga ninuno.

Sa wakas, ito ay plant cell engineering na ginawang posible upang bumuo ng mga sikat na square watermelon at seedless lemons. Ito ay sa kanya na utang namin ang hitsura ng mga patatas, na hindi kinakain ng mga larvae at matatanda ng Colorado potato beetle. Ito ay salamat sa genetic na pananaliksik na lumitaw ang trigo, na madaling gumagawa ng isang mahusay na ani sa saline (!) na mga lupa!

Mga pamamaraan ng cell engineering

Ang lahat ng mga cell ng halaman ay may pag-aari ng totipotensi (ito ay kapag ang isang solong cell ay maaaring bumuo sa isang buong organismo). Sa agrikultura, nagbibigay ito ng walang limitasyong mga prospect para sa mga eksperimento sa pagpaparami ng mga bagong uri ng pananim na kapaki-pakinabang sa mga tao. Ang cell engineering sa pag-aalaga ng hayop ay napaka-promising. Sa kasalukuyan, ang mga siyentipiko ay may malawak na karanasan sa pag-iipon at pag-iimbak ng mga somatic cell ng iba't ibang lahi ng mga hayop sa vitro. Ito ay totoo lalo na para sa pag-iimbak ng materyal sa mababang temperatura.

Sa pamamagitan ng paraan, anong mga pamamaraan ng cell engineering ng mga hayop ang umiiral? Pag-usapan natin sila.

Maagang paghihiwalay ng embryo

Ngayon, ang paraan ng paghihiwalay ng mga maagang embryo ay partikular na maaasahan. Ang unang impetus para sa direksyon na ito ay ibinigay sa simula ng pag-unlad ng transplantology, ang mga pamamaraan kung saan naging posible upang mapanatili ang isang malaking bilang ng mga nakuha na embryo. Sa pangkalahatan, ang unang matagumpay na eksperimento sa paghihiwalay ng materyal na embryonic sa mga yugto 2–8 ay isinagawa ni Willard (sa Cambridge, England). Ang kawalan ng pamamaraang ito ay ito ay masinsinang paggawa, kaya naman ang operasyong ito ay maaari lamang gawin sa isang pasilidad na medikal na may mahusay na kagamitan.

Sa madaling salita, ito ay isang napakakomplikadong biotechnology. Ang cellular engineering sa kasalukuyan ay gumagamit ng mas simpleng pamamaraan.

Late na paghihiwalay ng embryo

Kaya, sinimulan ng mga siyentipiko na manipulahin ang materyal na embryonic lamang sa mga huling yugto (morula, blastocyst). Ang kakanyahan ng pamamaraan ay ang transparent zone (pellucida) ay unang binuksan, pagkatapos nito ang embryo ay maingat na nahahati sa dalawa. Ang isang kalahati ay nananatili sa parehong lugar, habang ang pangalawang bahagi ay inilipat sa isang naunang inihanda na lugar.

Kahit na ilang taon na ang nakalilipas, ang survival rate ng mga embryo gamit ang diskarteng ito ay umabot sa 50-60%, habang ngayon ang figure na ito ay papalapit na sa 80%. Ang pangunahing inilapat na epekto ay isang makabuluhang pagtaas sa bilang ng mga guya na nakuha mula sa isang producer. Hindi nakakagulat na ang animal cell engineering ay isang industriya na hindi kapos sa pondo.

Ang mga Amerikanong siyentipiko ang una sa mga eksperimentong ito. Sila ang napagpasyahan na kung ang embryo ay binawian ng transparent na lamad, pagkatapos ay nabubuhay ito sa hindi hihigit sa 15% ng mga kaso, ngunit kung ang pellucid layer ay napanatili, kung gayon ang rate ng kaligtasan ng buhay ay agad na tumataas sa 35% ng mga kaso. Ang pinakamainam na resulta ay nakukuha kung ang bawat kalahati ng nahahati na embryo ay may isang transparent na lamad at ang bawat bahagi ay ipinasok sa isang hiwalay na sungay ng matris: sa ilalim ng mga modernong kondisyon, hanggang sa 75% ng mga embryo ang nabubuhay.

Ngunit para sa anong mga layunin ginagamit ang cell engineering sa pagsasanay? Anong mga resulta ang nakukuha mo sa tulong nito?

Ang kahalagahan ng cell engineering sa pag-aanak

Ngayon, ang pamamaraan na ito ay lalong ginagamit sa internasyonal na pag-aanak. Kamakailan lamang, matagumpay na nasubok ang isang pamamaraan para sa pagkuha at pagtatanim ng mga embryo sa mga baboy. Naniniwala ang mga mananaliksik na ang cell engineering ay maaaring tumaas ang bilang ng mga inapo ng isang hayop ng hindi bababa sa 30-35%. Ngunit hindi natin dapat kalimutan ang tungkol sa posibilidad na makakuha ng mga genetic na kopya.

Ang mga naturang hayop ay halos katumbas ng kanilang timbang sa ginto para sa mga siyentipiko na nag-aaral ng pakikipag-ugnayan ng kapaligiran at genotype. Ang katotohanan ay ang pagkakaroon ng dalawang ganap na magkaparehong indibidwal ay ginagawang posible na mabawasan ang impluwensya ng mga panloob na kadahilanan kapag pinag-aaralan ang impluwensya ng panlabas na kapaligiran sa katawan. Bilang karagdagan, ang isang hayop mula sa isang pares ay maaaring katayin kung ang pananaliksik ay nangangailangan ng data sa panloob na estado ng katawan.

Ang lahat ng mga pag-unlad na ito ay mga pangunahing pamamaraan ng cell engineering. Ngunit nakalimutan nating pag-usapan ang pinakamahalagang direksyon ng sangay ng agham na ito na may kaugnayan sa artipisyal na regulasyon ng kasarian ng mga hayop sa bukid. Panahon na upang itama ang pagkukulang na ito.

Mga paraan ng regulasyon sa sex

Tiyak na walang magugulat na malaman ang tungkol sa hindi kapani-paniwalang kahalagahan ng mga pag-unlad sa larangan ng artipisyal na regulasyon ng sex sa mga hayop sa bukid. Sa kasalukuyan, hindi makokontrol ng mga siyentipiko ang bilang ng mga hayop ng parehong kasarian, at may malalaking problema sa pagkilala sa kasarian ng isang indibidwal sa mga unang yugto ng pag-unlad nito. Sa ngayon, napakakaunting pag-unlad lamang ang nagawa sa artipisyal na regulasyon ng tagapagpahiwatig na ito: kahit na ang cell engineering at pag-clone ay hindi ganap na malulutas ang problemang ito.

Siyempre, sa isip ay nagkakahalaga ng simpleng paghihiwalay ng tamud na nagdadala ng X at Y chromosomes. Sa direksyong ito dapat umunlad ang pananaliksik. Ang isa pang diskarte (na kung saan ay mas simple at samakatuwid ay ginagamit) ay upang alisin ang mga maagang embryo mula sa babaeng reproductive system, matukoy ang kanilang kasarian, at pagkatapos ay i-transplant ang mga ito.

Ngunit paano nauugnay ang mga pamamaraan ng cell engineering sa lahat ng ito? Ang lahat ay medyo simple.

Ang lahat ay tungkol sa cytological method, na tumutukoy sa uri ng embryo, XX o XY. Ginagawa ito sa pamamagitan ng pag-aaral ng chromatin o sex chromosomes. Sa mga nagdaang taon, natuklasan din na ang kasarian ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pag-aaral ng mga partikular na antibodies, na ganap na naiiba sa mga babae at lalaki. Mayroon ding mga opinyon ng ilang mga siyentipiko na ang kasarian ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng pag-aaral ng aktibidad ng glucose-6-phosphate dehydrogenase. Gayunpaman, sa kasalukuyan, ang mga pamamaraan ng cytological at immunological (pag-aaral ng mga antibodies) ay ang pinaka-epektibo.

Genetic engineering

Hindi nagkataon na ang pamagat ng artikulong ito ay gumagamit ng pariralang "genetic at cellular engineering." Gaano man kabisa ang mga pamamaraan para sa pagwawasto ng cellular na materyal, ang direktang pagtatrabaho sa mga gene ay palaging magiging mas epektibo.

Sa kasalukuyan, ito ay mga genetic na pamamaraan na unti-unting nakakakuha ng nangungunang papel sa pag-aalaga ng hayop at produksyon ng pananim sa buong mundo. Salamat sa kanila, ang gawaing pag-aanak ay umabot sa isang panimula na bagong antas: mula ngayon, hindi lamang mahulaan ng mga siyentipiko kung anong mga katangian ang magkakaroon ng indibidwal na kanilang nilikha, ngunit alam ito nang sigurado.

Dapat pansinin kaagad na ang lahat ay hindi maganda. Mayroong ilang mga paghihigpit. Ang katotohanan ay ang genetic na materyal lamang mula sa mga toro na maaaring mapabuti ang kanilang mga supling (improvers) ay pinapayagan para sa genetic manipulation. Ang tanging problema ay napakakaunti na ang mga hayop na ito ngayon. Bilang karagdagan, ang mga programa na naglalayong puksain ang mastitis ay hindi pa gumagawa ng nakikitang mga resulta. Sa madaling salita, malayo sa panlunas sa lahat ang genetic at cellular engineering.

Ang mga pamamaraan ng engineering mismo ay nagsimulang lumitaw sa isang solong sistema lamang noong 50s ng huling siglo. Kaya, ang isa sa mga pangunahing gawain na naglatag ng pundasyon para sa sangay ng agham na ito ay ang mga eksperimento sa paglipat ng cell nuclei gamit ang Briggs at King na pamamaraan. Sa una, matagumpay na naisagawa ang operasyong ito ng eksklusibo sa mga palaka. Sa kasalukuyan, ang mga matagumpay na eksperimento ay isinasagawa sa paglipat ng genetic material kahit na sa mga daga at mas malalaking mammal.

Kamakailan lamang, ang mga siyentipiko ay lumikha ng isang paraan ng nuclear transfer pagkatapos ng pagsasanib ng mga karyoplast. Bilang karagdagan, ang mga pamamaraan ng genetic at cell engineering ay ginagawang posible na lumikha ng mga chimeric na organismo batay sa iba't ibang uri ng mga mammal.

Hindi nagtagal ay nakabuo si Gardner ng isang panimula na bagong pamamaraan kung saan ang mga blastomeres ay itinatanim sa mga blastocyst na tatanggap. Matagumpay na sinubukan ni Butler ang diskarteng ito sa mga daga ng laboratoryo. Ito ay sa batayan ng mga pag-unlad na ang mga chimera batay sa organismo ng tupa ay unang nakuha.

Ang lahat ng gawaing inilarawan sa itaas ay unti-unting naghanda ng agham pang-agrikultura sa mundo para sa malawakang pagpapakilala ng mga pamamaraan ng genetic engineering. Ang pinakakaraniwang paraan ngayon ay ang paglipat ng materyal ng gene sa mga kulturang selula at ang kanilang kasunod na pagpapakilala sa isang blastocyst.

Ngunit bago natin maunawaan ang ilang aspeto ng teknolohiyang ito, ito ay nagkakahalaga ng pagsagot sa isang mahalagang tanong. Mas tiyak, talakayin ang pagkakaiba sa pagitan ng genetic engineering at cellular engineering. Sa pangkalahatan, ang lahat dito ay medyo simple: kung sa unang kaso ang mga siyentipiko ay direktang gumana sa genetic na materyal, kung gayon kapag gumagamit ng mga "cellular" na pamamaraan, ang buong organelles at mga seksyon ng mga cell ay kinuha para sa trabaho, na itinanim sa materyal ng tatanggap.

Pinalawak na kahulugan

Kaya ano ang kakanyahan ng genetic engineering? Noong kalagitnaan ng dekada 70 ng huling siglo, nakagawa ang mga siyentipiko ng isang kahindik-hindik na pagtuklas. Natagpuan nila na ang ilang microbial enzymes ay nagagawang putulin ang molekula ng DNA sa kinakailangang lugar. Sa madaling salita, lumitaw ang isang natatanging pagkakataon upang makakuha ng genetic na materyal na may mahigpit na tinukoy na mga katangian.

Sa wakas ay natukoy ng mga mananaliksik ang mga partikular na gene na may tumpak na pagtukoy at na-clone din ang mga ito kung kinakailangan. Anong mga prinsipyo ang gumagabay sa mga siyentipiko sa kanilang gawain? Sa pangkalahatan, dalawa lamang sa kanila:

• Ang gene ay dapat magkaroon ng ilang malinaw na katangian na dapat makita.
• Ang nakahiwalay na genetic material ay kailangang ikabit sa isang carrier (isang virus, halimbawa), na magsasagawa ng paglipat nito.

Sa madaling salita, ang nakahiwalay na gene mula sa katawan ng donor ay dapat ilipat sa katawan ng tatanggap, kung saan ito ay dayuhan. Ang pangunahing bagay sa gawain ng mga mananaliksik ay hindi lamang upang makamit ang engraftment nito, kundi pati na rin upang lumikha ng mga kondisyon kung saan ito ay gagawa ng normal.

Nagtatrabaho sa zygote

Gayunpaman, sa mga nakaraang taon, ang isang pamamaraan kung saan ang mga dayuhang gene ay iniksyon sa pronucleus ng mga zygotes ng hayop ay naging pantay na kalat. Sa unang pagkakataon, ang pamamaraang ito ay nasubok sa mga oocyte ng palaka sa lawa: una, ang ilang DNA ay ipinakilala sa kanila, at agad na napansin ng mga siyentipiko ang pagsasama at transkripsyon. Noong 1981, isang kagiliw-giliw na eksperimento ang isinagawa sa unang pagkakataon, kung saan ang gene ng gammaglobulin ng kuneho ay ipinakilala sa isang mouse zygote.

Ang gene ay mukhang isang mahabang genomic tandem na naglalaman ng mga matatag na rehiyon. Nakapagtataka, nai-transcribe lamang sila nang tama kung sila ay ganap na walang mga bahagi ng plasmid. Ang pagpapahayag ng mga gene na ipinasok gamit ang pamamaraang ito ay pinag-aralan nang detalyado sa mga daga ng laboratoryo.

Isang taon bago ang mga eksperimento sa mouse zygote, noong 1980, ang plasmid pBR322, na naglalaman ng mga fragment ng SK40 at HSV virus, ay inilagay sa pronucleus ng parehong mouse zygote. Bilang resulta, natagpuan ang DNA ng virus sa tatlong daga sa 78 indibidwal na lumahok sa eksperimento. Kakatwa, nang ang gene ng gammaglobulin ng tao ay na-injected, ang pagsasama nito ay naobserbahan na sa limang daga sa 33 indibidwal (higit sa 15%). Ang karanasang ito ay napatunayan na ang paglikha ng mga chimerical na organismo na magsasama-sama ng mga tampok ng ilang mga species nang sabay-sabay ay posible.

Inilipat ni Brinster at ng kanyang mga tagasunod at ng kanyang mga estudyante ang isang espesyal na inihandang konstruksyon sa pronuclei ng mouse zygotes, na kinabibilangan ng mouse metallothionein, pati na rin ang thymidine kinase gene. Sa kasong ito, ang kumpletong pagsasama ay naobserbahan na sa 17% ng mga hayop sa laboratoryo.

Pangunahing konklusyon

Sa kasalukuyan, ang genetic engineering ay naging isang promising, tinalakay na sangay ng agham. Halos alam ng lahat ang tungkol dito. Ngunit ano ang mga gawain ng cell engineering at pagtatrabaho sa genetic na materyal? Oh, medyo iba-iba sila.

Una, ang mga siyentipiko sa buong mundo ay nahaharap sa gawain ng pagpapatahimik at pagbabawas ng gutom sa buong planeta. Ginagawang posible ng mga pamamaraan ng genetic at cellular engineering na lumikha ng mga uri ng mga halaman at species ng hayop na ang produktibidad ay sampu-sampung beses na mas mataas kaysa sa kanilang mga ligaw na ninuno.

Pangalawa, maaaring malampasan ng siyentipikong sangay na ito ang mga problema ng maagang pagtanda at iba pang genetic na sakit na sa kasalukuyan ay walang lunas. Sa wakas, tiyak na gagawing posible ng genetic engineering balang araw na makabuluhang pahabain ang buhay!

Sinasabi ng mga eksperto na ang mga pamamaraan ng genetic engineering sa malapit na hinaharap ay magiging posible hindi lamang upang masuri ang mga genetic na sakit (Down syndrome, halimbawa) sa mga maagang yugto ng pagbubuntis, ngunit upang epektibong gamutin ang mga ito!

Ang cellular engineering ay isang direksyon sa agham at kasanayan sa pag-aanak na nag-aaral ng mga pamamaraan ng hybridization ng mga somatic cells na kabilang sa iba't ibang species, ang posibilidad ng pag-clone ng mga tisyu o buong organismo mula sa mga indibidwal na selula.

Isa sa mga karaniwang paraan ng pagpaparami ng halaman ay ang haploid method - pagkuha ng ganap na haploid na halaman mula sa tamud o itlog.

Ang mga hybrid na selula ay nakuha na pinagsasama ang mga katangian ng mga lymphocyte ng dugo at mga selula ng tumor na aktibong nagpaparami. Pinapayagan ka nitong mabilis at sa tamang dami na makakuha ng mga antibodies.

Kultura ng tissue– ginagamit upang makakuha ng mga tisyu ng halaman o hayop, at kung minsan ay buong organismo, sa mga kondisyon ng laboratoryo. Sa paglaki ng halaman, ginagamit ito upang mapabilis ang produksyon ng mga purong diploid na linya pagkatapos ng paggamot sa mga orihinal na anyo na may colchicine.

Genetic engineering– artipisyal, naka-target na pagbabago sa genotype ng mga microorganism upang makakuha ng mga pananim na may paunang natukoy na mga katangian.

Pangunahing paraan– paghihiwalay ng mga kinakailangang gene, ang kanilang pag-clone at pagpapakilala sa isang bagong genetic na kapaligiran. Kasama sa pamamaraan ang mga sumusunod na yugto ng trabaho:

– paghihiwalay ng isang gene, ang kaugnayan nito sa isang molekula ng cell DNA na maaaring magparami ng donor gene sa isa pang cell (pagsasama sa isang plasmid);

– pagpapakilala ng isang plasmid sa genome ng tatanggap na bacterial cell;

– pagpili ng mga kinakailangang bacterial cell para sa praktikal na paggamit;

– ang pananaliksik sa larangan ng genetic engineering ay umaabot hindi lamang sa mga mikroorganismo, kundi pati na rin sa mga tao. Ang mga ito ay partikular na nauugnay sa paggamot ng mga sakit na nauugnay sa mga karamdaman ng immune system, sistema ng coagulation ng dugo, at oncology.

Pag-clone. Mula sa isang biyolohikal na pananaw, ang pag-clone ay ang vegetative propagation ng mga halaman at hayop, ang mga supling nito ay nagdadala ng namamana na impormasyon na kapareho ng magulang. Sa kalikasan, ang mga halaman, fungi, at protozoa ay na-clone, i.e. mga organismo na nagpaparami nang vegetative. Sa nakalipas na mga dekada, ang terminong ito ay nagsimulang gamitin kapag ang nuclei ng isang organismo ay inilipat sa itlog ng isa pa. Ang isang halimbawa ng naturang pag-clone ay ang sikat na tupa na Dolly, na nakuha sa England noong 1997.

Biotechnology– ang proseso ng paggamit ng mga buhay na organismo at biyolohikal na proseso sa paggawa ng mga gamot, pataba, at biological na mga produktong proteksyon ng halaman; para sa biological wastewater treatment, para sa biological extraction ng mahahalagang metal mula sa tubig dagat, atbp.

Ang pagsasama sa genome ng Escherichia coli ng gene na responsable para sa pagbuo ng insulin sa mga tao ay naging posible upang maitatag ang pang-industriyang produksyon ng hormon na ito.

Sa agrikultura, dose-dosenang mga pagkain at feed crops ang genetically modified. Sa pag-aalaga ng hayop, ang paggamit ng biotechnologically produced growth hormone ay nagpapataas ng ani ng gatas;

gamit ang isang genetically modified virus upang lumikha ng isang bakuna laban sa herpes sa mga baboy. Sa tulong ng mga bagong synthesize na gene na ipinakilala sa bakterya, ang isang bilang ng mga mahalagang biologically active substance ay nakuha, sa partikular na mga hormone at interferon. Ang kanilang produksyon ay bumubuo ng isang mahalagang sangay ng biotechnology.

Habang umuunlad ang genetic at cell engineering, ang lipunan ay nagiging mas nababahala tungkol sa posibleng pagmamanipula ng genetic material. Ang ilang mga alalahanin ay theoretically makatwiran. Halimbawa, imposibleng ibukod ang paglipat ng mga gene na nagpapataas ng paglaban sa mga antibiotic ng ilang bakterya at ang paglikha ng mga bagong anyo ng mga produktong pagkain, ngunit ang mga gawaing ito ay kinokontrol ng mga estado at lipunan. Sa anumang kaso, ang panganib mula sa sakit, malnutrisyon at iba pang mga pagkabigla ay mas malaki kaysa sa genetic na pananaliksik.

Mga prospect para sa genetic engineering at biotechnology:

– paglikha ng mga organismo na kapaki-pakinabang sa mga tao;

– pagkuha ng mga bagong gamot;

– pagwawasto at pagwawasto ng mga genetic pathologies.

Upang gamutin ang maraming sakit, kailangan ang iba't ibang biologically active substances. Kapag ihiwalay ang mga ito mula sa tisyu ng tao, may panganib ng kontaminasyon ng nagresultang materyal na may iba't ibang mga virus (hepatitis B, immunodeficiency ng tao, atbp.). Bilang karagdagan, ang mga sangkap na ito ay ginawa sa maliit na dami at mahal. Ang mga biologically active substance na pinagmulan ng hayop ay hindi epektibo dahil sa hindi pagkakatugma sa immune system ng isang taong may sakit. Tanging ang pagbuo ng isang bagong sangay ng genetic engineering ay nakatulong na matiyak ang paggawa ng mga purong biologically active substance sa malalaking dami sa mas mababang presyo.

Genetic engineering- ito ang paglikha ng hybrid, recombinant na mga molekula ng DNA, at samakatuwid ay mga organismo na may mga bagong katangian. Upang gawin ito, kinakailangan na ihiwalay ang isang gene mula sa isang organismo o artipisyal na synthesize ito, i-clone (multiply) at ilipat ito sa ibang organismo.

Ang mga tool ng genetic engineering ay mga enzymes: restriction enzymes (pagputol ng molekula ng DNA) at ligases (pag-uugnay dito). Ang mga virus ay ginagamit bilang mga vector.

Gamit ang genetic engineering, ang mga strain ng Escherichia coli ay nilikha kung saan ang mga gene para sa insulin ng tao (kinakailangan para sa paggamot ng diabetes), interferon (isang antiviral na gamot), at somatotropin (growth hormone) ay naka-embed.

Ang mga yeast cell ay genetically engineered para makagawa ng insulin ng tao. Ang biosynthetic na paraan ng paggawa ng insulin ng tao gamit ang mga yeast cell ay malawakang ginagamit sa produksyon ng parmasyutiko (sa Denmark, Yugoslavia, USA, Germany at iba pang mga bansa).

Sa kasalukuyan, ang mga siyentipiko mula sa iba't ibang bansa ay nagsisikap na makakuha, gamit ang genetic engineering, isang bilang ng iba pang kinakailangang biologically active substance, isang bakuna laban sa hepatitis B, isang profibrinolysin activator (isang anticoagulant), interleukin-2 (isang immunomodulator), atbp.

Ang mga dayuhang gene ay ipinapasok sa mga selula ng hayop sa anyo ng mga indibidwal na molekula ng DNA o bilang bahagi ng mga viral vector na may kakayahang magpasok ng dayuhang DNA sa cell genome. Dalawang pamamaraan ang karaniwang ginagamit:

1) Ang DNA ay idinagdag sa cell incubation medium;

2) gumawa ng mga microinjections ng DNA nang direkta sa nucleus (na mas epektibo).

Ang mga pangunahing gawain ng genetic engineering sa mga tao ay ang paglikha ng mga human gene bank para sa kanilang pag-aaral at ang paghahanap ng mga paraan ng gene therapy, iyon ay, ang pagpapalit ng mutant genes ng mga normal na alleles.

Cell engineering ay isang paraan para sa pagbuo ng isang bagong uri ng mga cell batay sa kanilang paglilinang, hybridization o reconstruction. Ang hybridization ay artipisyal na pinagsama ang buong mga cell (minsan mula sa malalayong species) upang bumuo ng isang hybrid na cell. Ang cellular reconstruction ay ang paglikha ng isang mabubuhay na cell mula sa mga indibidwal na fragment ng iba't ibang mga cell (nucleus, cytoplasm, chromosome, atbp.).

Ang pag-aaral ng mga hybrid na selula ay ginagawang posible upang malutas ang maraming mga problema sa biology at medisina. Halimbawa, ang biotechnology ay gumagamit ng hybridomas. Hybridoma ay isang cell hybrid na nakuha sa pamamagitan ng pagsasanib ng isang normal na lymphocyte at isang tumor cell. Ito ay may kakayahang mag-synthesize ng mga monoclonal (homogeneous) na antibodies ng nais na pagtitiyak (pag-aari ng isang lymphocyte) at walang limitasyong paglaki sa isang artipisyal na kapaligiran (pag-aari ng isang tumor cell).

Biotechnology- ay ang paggawa ng mga produkto at materyales na kailangan para sa mga tao gamit ang mga biological na bagay.

Ang terminong "biotechnology" ay naging laganap noong kalagitnaan ng 70s ng ika-20 siglo, bagaman ang ilang mga sangay ng biotechnology ay kilala sa mahabang panahon at batay sa paggamit ng iba't ibang microorganism: baking, winemaking, brewing, paggawa ng keso. Ang mga pag-unlad sa genetika ay lumikha ng mahusay na karagdagang mga pagkakataon para sa pagpapaunlad ng biotechnology.

Sa kalagitnaan ng ika-20 siglo. at sa ikalawang kalahati nito, gamit ang sapilitan mutagenesis, antibiotics (penicillin, streptomycin, erythromycin, atbp.) Ay nakuha - sa tulong ng microbes; amylase enzyme - sa tulong ng Bacillus subtilis, amino acids - sa tulong ng Escherichia coli; lactic acid - sa tulong ng lactic acid bacteria; sitriko acid - gamit ang aspergillus mold; B bitamina - sa tulong ng lebadura.