Генная инженерия

Особенности, возможности, история развития и области применения генной инженерии. Генно-модифицированные организмы. Классификация трансгенных растений по признакам. Отличительные особенности генной инженерии растений. Кормовые витаминные препараты.

Рубрика Биология и естествознание
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 14.03.2016
Размер файла 140,6 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Генно-модифицированные организмы. Классификация трансгенных растений по признакам

2. Основные задачи генной инженерии растений

3. Технология производства кормовых витаминных препаратов (В12; В6)

Список литературы

Введение

Генная инженерия - это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Генотип является не просто механическая сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Генная инженерия позволяет путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим.

Тема генной инженерии в последнее время пользуется все большей популярностью. Больше всего внимания уделяется негативным последствиям, к которым может привести развитие этой отрасли науки, и в совсем малой степени освещается польза, которую может принести генная инженерия.

Наиболее многообещающая область применения - это производство лекарственных препаратов с использованием генно-инженерных технологий. Недавно появилась возможность получать полезные вакцины на основе трансгенных растений. Не меньший интерес представляет производство пищевых продуктов с использованием все тех же технологий.

Генная инженерия - наука будущего. На данный момент во всем мире миллионы гектаров земли засеваются трансгенными растениями, создаются уникальные медицинские препараты, новые продуценты полезных веществ. Со временем генная инженерия позволит добиться новых достижений в медицине, сельском хозяйстве, пищевой промышленности и в животноводстве.

Цель данной работы - изучить особенности возможности, историю развития и области применения генной инженерии.

1. Генно-модифицированные организмы. Классификация трансгенных растений по признакам

Важнейшей составной частью современной биотехнологии является генетическая, или генная инженерия.

Cуществует несколько определений, раскрывающих суть генной инженерии. По мнению академика А.А. Баева, это «конструирование in vitro функционально активных генетических структур (рекомбинантных гибридных ДНК)», или «создание искусственных генетических программ».

В Интернете дается другое определение: «Генная инженерия -- это управление генетической основой организмов посредством внедрения или удаления специфических генов, с использованием техники современной молекулярной биологии».

Методы генетической инженерии позволяют конструировать фрагменты рекомбинантных молекул ДНК того или иного организма, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы им свойства, полезные для человека.

Современная биотехнология базируется на принципах традиционной селекции, заключающихся в приобретении организмами необходимых качественно новых признаков. Однако в отличие от обычной селекции, которая в течение длительного времени испытывает множество комбинаций генов, биотехнология позволяет ввести в генетический аппарат объекта один ген или группу генов, отвечающих за проявление желаемого признака, что намного ускоряет достижение требуемого результата.

Генно-инженерно-модифицированный (генно-модифицированный) организм -- организм или несколько организмов, любое неклеточное, одноклеточное или многоклеточное образование, способные к воспроизводству или передаче наследственного генетического материала, отличные от природных организмов, полученные применением методов генной инженерии и содержащие генно-инженерный материал, в том числе гены, их фрагменты или комбинации генов.

Рис. 1. Отличительные особенности генной инженерии растений

Для создания генно-модифицированных организмов разработаны методики, позволяющие вырезать из молекул ДНК необходимые фрагменты, модифицировать их соответствующим образом, реконструировать в одно целое и клонировать -- размножать в большом количестве копий.

Организмы, подвергшиеся генетической трансформации, называют трансгенными.

Трансгенные организмы -- животные, растения, микроорганизмы,вирусы, генетическая программа которых изменена с применением методов генной инженерии.

Основные задачи генной инженерии в создании трансгенных растений в современных условиях развития сельского хозяйства и общества довольно многообразны (табл. 1).

Таблица 1

2. Основные задачи генной инженерии растений

трансгенный инженерия растение модифицированный

На практике ситуация выглядит следующим образом: среди промышленно выращиваемых трансгенных растений доля устойчивых к гербицидам составляет 71%, устойчивых к вредителям -- 22%, устойчивых одновременно к гербицидам и вредителям -- 7%, устойчивых к вирусным, 6актериальным и грибным болезням -- менее 19 (рис. 2).

Рис. 2. Структура промышленно выращиваемых трансгенных растений, различающихся по устойчивости

Из рисунка видно, что среди главных признаков, контролируемых перенесенными генами, на первом месте стоит устойчивость к гербицидам.

Среди генов, определяющих устойчивость к гербицидам, уже клонированы гены устойчивости к таким гербицидам, как глифосат (Раундап), фосфинотрицин (Биалафос), глифосинатаммония (Баста), сульфонилмочевинным и имидозолиноновым препаратам. С использованием этих генов уже получены трансгенные соя, кукуруза, хлопчатник и т.д. В России также проходят испытания трансгенные культуры, устойчивые к гербицидам. В Центре «Биоинженерия» создается сорт картофеля, устойчивый к Басте, проходящий в настояшее время полевые испытания.

Другой распространенной группой являются трансгенные растения, устойчивые к насекомым-вредителям. Так, относительно давно известна бактерия Bacillus thuringiensis, продуцирующая белок дельта-эндотоксин, который очень токсичен для многих видов насекомых и безопасен для млекопитающих. Установлено, что встраивание гена этого белка в геном растений дает возможность получить трансгенные растения, не повреждаемые насекомыми.

Специалисты по генной инженерии в результате длительной работы подобрали необходимые штаммы Bacillus thuringiensis и создали генно-инженерные конструкции для конкретных групп насекомых.

Так, для получения трансгенного картофеля, устойчивого к колорадскому жуку, компании «Моnsanto» понадобилось 16 лет экспериментальной работы и 100 млн. долл. инвестиций.

В настоящее время компаниями «Моnsanto», «АgrEvо», «Мусоgеn» созданы другие трансгенные формы, устойчивые к насекомым, так называемые Bt-растения - соя, хлопчатник, кукуруза.

Специалисты и ученые полагают, что применение Bt -растений будет иметь не только хорошее коммерческое будущее, но и экологический эффект. Известно, что только 5% внесенного инсектицида срабатывает по назначению, остальные 95% попадают в окружающую среду, уничтожая многие виды насекомых, в том числе и полезных. Сокращение же объемов применения инсектицидов приведет к восстановлению популяций многих полезных насекомых, что, несомненно, положительно скажется на многих видах растительного и животного мира.

К третьей группе по распространенности относятся трансгенные растения, одновременно устойчивые к гербицидам и насекомым.

Площади возделывания этих культур увеличились с 0,1% в 1997 г. до 1% в 1998 г. Примерами этой группы являются кукуруза и хлопчатник, устойчивые к Раундапу и одновременно устойчивые к кукурузному мотыльку и хлопковой совке соответственно.

Менее распространенной является пока группа трансгенных культур, устойчивых к бактериальным, вирусным и грибным болезням.

Одним из первых достижений в защите растений методами генной инженерии явилось создание трансгенных растений, устойчивых к вирусам, путем внесения генов белков вирусной оболочки.

Активный синтез такого белка, обладающего большим сродством с РНК вируса, не дает ей возможности активно размножаться в клетке хозяина, что и обусловливает устойчивость такого трансгенного растения к вирусам. В 1986 г. подобная устойчивость была получена для табака.

Введение гена оболочки вируса табачной мозаики позволило создать устойчивый к нему трансгенный табак. Создаются также трансгенные формы огурцов, арбуза, цукини, устойчивых к различным вирусам и проходящих в настоящее время полевые испытания. К достижениям отечественной науки следует отнести создание картофеля, устойчивого к вирусу Y, который в настоящий момент находится на стадии испытаний.

Активно ведутся исследования по клонированию генов для данных растений от грибных болезней. Так, создан трансгенный табак, несущий ген хитиназы фасоли. Такая культура практически не поражается грибными болезнями даже в почве, зараженной грибным патогеном Rhizoctonia solani. Трансгенные растения табака с геном стилбенсинтазы из винограда обладают повышенной устойчивостью к Воtгynis сinегеа. Получен также трансгенный картофель, несущий ген стилбенсинтазы, устойчивый к фитофторозу и фузариозу.

Компанией «Моnsanto» разработан способ получения трансгенных растений, устойчивых как к бактериальной, так и грибной инфекции. В картофель вводится грибной ген, кодирующий синтез фермента, окисляющего глюкозу с образованием пероксида водорода. Полученные растения устойчивы и к мягкой гнили, вызываемой бактериями рода rwinia, и к фитофторе.

Относительно недавно открыты короткие пептиды, богатые остатками цистеина, обладающие антимикробными свойствами. Они названы дефензинами.

В настоящее время создаются трансгенные растения томатов, картофеля, рапса, моркови, яблони и груши с геном rs дефензинов редьки. Аналогичная работа проводится по созданию трансгенной капусты и малины

Довольно перспективными являются исследования по созданию трансгенных растений, устойчивых к абиотическим факторам. Так расширяются работы по получению трансгенных культур, устойчивых к холоду. Например, при включении в растительный геном регулирующего экспрессию других генов, включающихся при адаптации растения к холоду, получены трансгенные растения, которые выдерживали в течение 2 сут отрицательные температуры, губительные для обычных растений.

Большое внимание уделяется созданию трансгенных растений для пищевой и фармацевтической промышленности. Одним из лидеров этого направления является компания «Са1gеnе». В 1995 г. эта компания получила разрешение в США на выращивание и коммерческое использование трансгенных растений рапса с измененным жирнонокислотным составом.

Проводятся также исследования по созданию трансгенных растений с заданным аминокислотным составом. Так, в настоящее время клонированы гены запасных белков сои, гороха, фасоли, кукурузы, картофеля.

Перспективным направлением является создание трансгенных растений, несущих гены, кодирующие синтез вакцин против различных болезней. Так, при потреблении сырых плодов и овощей, несущих такие гены, происходит вакцинация организма. Это значительно расширяет области применения таких трансгенных растений. Например, при введении гена нетоксичной субъединицы энтеротоксина холеры в растения картофеля и скармливании сырых клубней подопытным мышам в их организме образовывались антитела холеры. Очевидно, что такие съедобные вакцины могут стать эффективным простым и недорогим методом защиты людей и обеспечения безопасности питания в целом.

Очень интересным направлением использования трансгенных растений является их применение для фиторемедиации -- очистки почв, вод и т.п. от чужеродных загрязнителей внешней среды, в частности тяжелых металлов и радионуклидов. Модифицированную конструкцию бактериального гена, кодирующего белок, который переносит и детоксицирует ртуть, использовали для трансформации табака, рапса, тополя. .

Таким образом, направления исследований генной инженерии очень разнообразны и обширны, а некоторые из них фантастичны и в то же время весьма перспективны по достижимости результатов.

3. Технология производства кормовых витаминных препаратов (В12; В6)

Витамин В12 представлен группой биологически активных веществ, содержащих в своем составе трехвалентный кобальт, аминные и цианистые группировки, которые могут быть замещены другими радикалами -- ОН, С1, Вг. Этот витамин стимулирует образование крови в костном мозге, улучшает усвоение белков, участвует в синтезе аминокислот и азотистых оснований. Витамин В12 не содержится в продуктах растительного происхождения и его единственным источником для сельскохозяйственных животных являются микроорганизмы.

Для промышленного получения кормовых препаратов витамина В12 выращивается специально подобранный биоценоз микроорганизмов, осуществляющих термофильное метановое брожение, в который входят целлюлозоразлагающие, аммонифицирующие, углеводображивающие, сульфитвосстанав-ливающие и метанообразующие бактерии. На первом этапе ферментации этих микроорганизмов (в течение 10--12 дней) наблюдается бурное развитие тсрмофильных аммонифицирующих и углеводсбраживающих бактерий, которое происходит в слабокислой среде (рН 5,0--7,0).

Другие группы бактерии данного биоценоза достигают интенсивного развития при переходе брожения в щелочную фазу (рН 7,0--8,5). Преобладающими в этот период являются метанообразующие бактерии, которые синтезируют в 4--5 раз больше витамина В12, чем другие микроорганизмы биоценоза. Главные субстраты для развития метанообразующих бактерий -- жирные кислоты и низшие спирты, поэтому их добавление в питательную среду значительно увеличивает выход витамина.

Для приготовления питательной среды обычно используют барду ацетоно-бутилового производства, которая декантацией очищается от твердых примесей, в нее добавляется хлорид кобальта (4 г/м3 и 0,5 % метанола).

В процессе промышленного культивирования бактерий вначале выращивается посевной материал (15--20 дней) в аппаратах вместимостью 250 м3. Затем посевной материал подают в железобетонные ферментеры вместимостью 4200 м3, в которых происходит метановое брожение. Свежую барду подают в нижнюю часть ферментера в количестве 25--30% от его объема за сутки.

Отбор метановой бражки, содержащей витамин В12, производится в верхней части ферментера. В течение рабочего цикла в ферментере строго контролируют рН среды, концентрацию летучих жирных кислот, содержание аммонийного азота, поддерживают оптимальную температуру (55--57° С). В результате брожения образуется газовая смесь, состоящая главным образом из метана (65%) и диоксида углерода (30%), которая может быть использована как источник тепла.

Готовая культуральная жидкость, образующаяся как продукт ферментации, обычно содержит 2--2,5% сухих веществ, и 1,1 --1,7 мг/л витамина В12. Для предотвращения разрушения витамина в процессе сушки культуральную жидкость подкисляют соляной или фосфорной кислотой до рН 6,3--6,5 и в нее добавляют 0,2--0,25% сульфита натрия.

Подготовленная таким образом культуральная жидкость дегазируется, упаривается на вакуум-выпарной установке, полученный концентрат высушивают в распылительной сушилке до влажности 5--10%. В целях улучшения физических свойств сухой продукт смешивают с отрубями или кукурузной мукой, расфасовывают по 25--30 кг в полиэтиленовые пакеты и упаковывают в крафт-мешки. Содержание витамина В12 в готовом кормовом препарате составляет 2,5 мг%, срок хранения сухого препарата 1 год. Препарат имеет коммерческое название-- КМБ-12 (концентратмикробный витамин). Кроме витамина В12 КМБ-12 содержит другие витамины группы В, незаменимые аминокислоты.

Содержание в продуктах

Надежными источниками витамина В6 являются зерно, отходы мукомольного производства, жмыховая мука и сухие дрожжи. Относительно небогаты витамином В6 продукты животного происхождения и маниоковая мука. Входящий в состав природных продуктов витамин В6 хорошо усваивается животными.

Физиологическое значение

Витамин В6 играет центральную роль в метаболизме белков в форме пиридоксаль-5-фосфата (коэнзима). Кроме того, витамин принимает участие в метаболизме жиров и углеводов, расщеплении триптофана и метаболизме различных минеральных веществ.

Таблица 2

Характеристика продукта Lutavit® B6

Действующее вещество

Витамин В6 (пиридоксин-гидрохлорид)

Химическая формула

С6H12NO3Cl

Молекулярная масса

205.64 г/моль

Номер продукта

FAS 8066606/1-40

Технические характеристики

Содержание

мин. 99% пиродиксин-гидрохлорида (по методике Европейской Фармакопеи II, расчёт по сухому веществу)

Потеря массы при высушивании

макс. 0, 5 % (4 часа, при 105є С )

Описание внешнего вида

Кристаллический порошок белого или беловатого цвета, без запаха

Размеры частиц

97% < 0, 2 мм

pH

2.4-3.0 (5% водный раствор)

Объёмная плотность

Приблизительно 0.5 г/см3

Растворимость

Растворим в воде без остатка (20г/100мл), слабо растворим в спирте,

растворим в эфире, хлороформе и ацетоне

Заболевания, связанные с дефицитом витамина В6

Недостаточное поступление с кормом витамина В6 вызывает задержку роста и карликовость животных, а также воспалительные заболевания кожных покровов, изменения в периферической и центральной нервной системе, снижение усвоения белка, поражение печени и сердца, снижение вылупляемости (в инкубаторе).

Антагонисты

Ингибитор содержится в льняном семени.

Потребность

Потребность в витамине В6 возрастает при увеличении содержания в корме белка и энергии. Молодой организм особенно нуждается в больших количествах витамина В6, вследствие повышенного усвоения белка в период роста. Потребность составляет 3-6 мг на килограмм массы комбикорма. Потребность в витамине В6 также возрастает в период беременности и во время получения животными сульфонамидов или некоторых антибиотиков.

Применяют при воспалительных процессах с образованием гистамина, при гепатитах, дерматозах и экземах, для улучшения регенерации эпителия глаза, слизистой оболочки желудка и кишечника, для стимуляции кроветворения

Стабильность витамина

Продукт Lutavit® B6 показывает хорошую сохранность витамина в составе витаминных смесей и кормов. В кислых, водных растворах наблюдаются лишь незначительные потери витамина. Однако в нейтральных и щелочных растворах происходит быстрый распад витамина под действием света. Величина рН растворов, которые предполагается подвергать автоклавированию, не должна превышать 5.

Примечание

При нормальных условиях Lutavit® В6 не является токсичным. Однако следует избегать тесного контакта продукта с кожей и дыхательными путями. При использовании продукта Lutavit® B6 необходимо принимать во внимание срок годности, указанный в сопроводительных документах.

Выпускают в порошке, таблетках по 0,002; 0,005 и 0,01 г и в растворе в ампулах в 1 и 5%-ной концентрации по 1 мл.

Таблица 3

Список литературы

1. Донченко Л. В., Надыкта В. Д. Безопасность пищевой продукции. - М.: Пищепромиздат, 2001. - 528 с.

2. Шевелуха В.С., Калашникова Е.А., Дегтярёв С.В. Сельско-хозяйственная биотехнология. М.: Высшая школа, 1998. -- 416 с.

3. http://www.biotechnolog.ru

4. https://ru.wikipedia.org/wiki/Биотехнология

5. http://jbio.ru/biotexnologiya-osnovnye-napravleniya-i-dostizheniya

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Возможности генной инженерии растений. Создание гербицидоустойчивых растений. Повышение эффективности фотосинтеза, биологической азотфиксации. Улучшение качества запасных белков. Экологические, медицинские и социально-экономические риски генной инженерии.

    контрольная работа [47,1 K], добавлен 15.12.2011

  • Сущность генной и клеточной инженерии. Основные задачи генной модификации растений, анализ вредности их употребления в пищу. Особенности гибридизации растительных и животных клеток. Механизм получения лекарственных веществ с помощью генной инженерии.

    презентация [615,8 K], добавлен 26.01.2014

  • Генная инженерия: история возникновения, общая характеристика, преимущества и недостатки. Знакомство с новейшими методами генной инженерии, их использование в медицине. Разработка генной инженерии в области животноводства и птицеводства. Опыты на крысах.

    курсовая работа [2,5 M], добавлен 11.07.2012

  • Пересадка генов и частей ДНК одного вида в клетки другого организма. История генной инженерии. Отношение к генетически модифицированным организмам в мире. Новые ГМ-сорта. Что несёт человечеству генная инженерия. Какие перспективы генной инженерии.

    презентация [325,1 K], добавлен 24.02.2015

  • Генная инженерия - метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Возможности генной инженерии. Перспективы генной инженерии. Уменьшение риска, связанного с генными технологиями.

    реферат [17,3 K], добавлен 04.09.2007

  • Использование генной инженерии как инструмента биотехнологии с целью управления наследственностью живых организмов. Особенности основных методов и достижений генной инженерии в медицине и сельском хозяйстве, связанные с ней опасности и перспективы.

    доклад [15,1 K], добавлен 10.05.2011

  • Использование клеток, не существовавших в живой природе, в биотехнологических процессах. Выделение генов из клеток, манипуляции с ними, введение в другие организмы в основе задач генной инженерии. История генной инженерии. Проблемы продуктов с ГМО.

    презентация [2,2 M], добавлен 21.02.2014

  • Основы и техника клонирования ДНК. Этапы генной инженерии бактерий. Развитие генетической инженерии растений. Генетическая трансформация и улучшение растений с помощью агробактерий, источники генов. Безопасность генетически модифицированных растений.

    реферат [26,3 K], добавлен 11.11.2010

  • Этапы получения трансгенных организмов. Агробактериальная трансформация. Схема создания генетически модифицированного организма. Пример селективного маркера растений. Процесс подавления экспрессии генов (сайленсинг). Направления генной инженерии растений.

    презентация [6,2 M], добавлен 24.06.2013

  • История развития Биотехнологии. Генетическая инженерия как важная составная часть биотехнологии. Осуществление манипуляций с генами и введение их в другие организмы. Основные задачи генной инженерии. Генная инженерия человека. Искусственная экспрессия.

    презентация [604,9 K], добавлен 19.04.2011

  • История, задачи и перспективы генной инженерии. Регулирование деятельности в данной области. Отношение к генетически модифицированным организмам в мире. Новые ГМ-сорта. Миф о трансгенной угрозе. Использование ГМО бактерий для уничтожения раковых опухолей.

    презентация [3,2 M], добавлен 04.12.2011

  • Суть и задачи генной инженерии, история ее развития. Цели создания генетически модифицированных организмов. Химическое загрязнение как следствие ГМО. Получение человеческого инсулина как важнейшее достижение в сфере генно-модифицированных организмов.

    реферат [69,1 K], добавлен 18.04.2013

  • Преимущества генетически модифицированных продуктов. Искусственные манипуляции с генами. Этапы развития биотехнологий. Вторая волна трансгенных растений. Список генно-модифицированных продуктов на российском рынке. "За" и "против" генной инженерии.

    статья [15,5 K], добавлен 18.11.2009

  • Понятие и содержание генетики как научного направления, предмет и методы ее исследования, история становления и развития в мире. Теоретические предпосылки формирования генной инженерии, ее специфические признаки и значение, практическое применение.

    курсовая работа [37,7 K], добавлен 10.05.2011

  • Возникновение биотехнологии. Основные направления биотехнологии. Биоэнергетика как раздел биотехнологии. Практические достижения биотехнологии. История генетической инженерии. Цели, методы и ферменты генной инженерии. Достижения генетической инженерии.

    реферат [32,4 K], добавлен 23.07.2008

  • История, возможности и перспективы генной инженерии. Трансгенные организмы: общее понятие. Отношения к ГМО в мире. Негативное влияние генномодифицированных продуктов на организм человека. Миф о трансгенной угрозе. Применение ГМО в медицине и фармации.

    презентация [614,6 K], добавлен 18.05.2015

  • Предпосылки возникновения генетики. Основание мутационной теории. Генетика как наука о наследственности: ее исходные законы и развитие. Генная инженерия: научно-исследовательские аспекты и практические результаты. Клонирование органов и тканей.

    реферат [28,9 K], добавлен 02.01.2008

  • Генная инженерия. Генетическая информация. Геннетическая карта и её значение в генной инженерии. Генетический анализ и его виды. Селекционный метод. Гибридологический метод. Цитогенетичедский метод. Молекулярно-генетический метод. Мутационый метод.

    реферат [13,3 K], добавлен 25.02.2003

  • Основные методы биотехнологии. Размножение организмов с интересующими человека свойствами с помощью метода культуры клеток. Особенности применения методов генной инженерии. Перспективы метода клонирования. Технические трудности применения методов.

    презентация [616,1 K], добавлен 04.12.2013

  • Понятие и основные методы генной инженерии. Методика выделения ДНК на примере ДНК плазмид. Принципы действия системы рестрикции-модификации. Перенос и обнаружение клонируемых генов в клетках. Конструирование и введение в клетки рекомбинантных молекул ДНК.

    реферат [22,1 K], добавлен 23.01.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.