Bioteknikens historia: 1917 - Karl Erekis "bioteknik" av året A.M. Kolenev. A.N.Bach. Teknikförbättringsår - Penicillin

Cellteknik Cellteknik är ett ovanligt lovande område inom modern bioteknik. Forskare har utvecklat metoder för att odla animaliska och till och med mänskliga växtceller under artificiella förhållanden (odling). Cellodling gör det möjligt att få fram olika värdefulla produkter som tidigare erhållits i mycket begränsade mängder på grund av bristen på råvarukällor. Växtcellsteknik utvecklas särskilt framgångsrikt.

Transgena djur och växter: Transgena djur, experimentellt erhållna djur som innehåller i alla celler i sin kropp ytterligare integrerade med kromosomer och uttryckt främmande DNA (transgen), som ärvs enligt Mendelska lagar. Transgena växter är de växter till vilka gener har transplanterats

UPPTÄCKT PÅ BIOLOGISKT OMRÅDE PÅ STR

Introduktion
Bioteknikens nuvarande tillstånd
Bioteknik och dess roll i praktiska mänskliga aktiviteter
Bioteknik i växtodling

Vävnadsodlingsmetod

Kloning

Nya upptäckter inom medicinområdet

Genteknik

Transgena produkter: för- och nackdelar
Genmodifierade livsmedel

Konsekvenser av utvecklingen av bioteknik i en tid präglad av vetenskaplig och teknisk revolution

Introduktion

Bioteknik är industriell användning av biologiska processer och system baserade på odling av högeffektiva former av mikroorganismer, kulturer av celler och vävnader från växter och djur med egenskaper som är nödvändiga för människor. Vissa biotekniska processer (bakning, vinframställning) har varit kända sedan urminnes tider. Men biotekniken nådde sin största framgång under andra hälften av 1900-talet och blir allt viktigare för den mänskliga civilisationen.

Bioteknikens nuvarande tillstånd

Sedan urminnes tider har enskilda biotekniska processer varit kända för att användas inom områden med praktisk mänsklig aktivitet. Dessa inkluderar bakning, vinframställning, bryggning, förberedelse av fermenterade mjölkprodukter, etc. Våra förfäder hade ingen aning om kärnan i de processer som ligger till grund för sådana teknologier, men under loppet av tusentals år, med hjälp av försök och misstag, förbättrade de dem. Den biologiska essensen av dessa processer avslöjades först på 1800-talet. tack vare L. Pasteurs vetenskapliga upptäckter. Hans arbete låg till grund för utvecklingen av produktionen med olika typer av mikroorganismer. Under första hälften av 1900-talet. mikrobiologiska processer började användas för industriell produktion av aceton och butanol, antibiotika, organiska syror, vitaminer och foderprotein.
Framsteg som uppnåddes under andra hälften av 1900-talet. inom områdena cytologi, biokemi, molekylärbiologi och genetik skapade förutsättningar för att kontrollera celllivets elementära mekanismer, vilket bidrog till bioteknikens snabba utveckling. Tack vare urvalet av högproduktiva stammar av mikroorganismer har effektiviteten hos biotekniska processer ökat tiotals och hundratals gånger.

Bioteknik och dess roll i praktiska mänskliga aktiviteter

Det speciella med bioteknik är att den kombinerar de mest avancerade resultaten av vetenskapliga och tekniska framsteg med den ackumulerade erfarenheten från det förflutna, uttryckt i användningen av naturliga källor för att skapa produkter användbara för människor. Varje bioteknisk process inkluderar ett antal steg: förberedelse av föremålet, dess odling, isolering, rening, modifiering och användning av de resulterande produkterna. Processens flersteg och komplexitet kräver involvering av en mängd olika specialister i dess genomförande: genetiker och molekylärbiologer, cytologer, biokemister, virologer, mikrobiologer och fysiologer, processingenjörer och designers av bioteknisk utrustning.

Bioteknik i växtodling

Vävnadsodlingsmetod

Metoden används alltmer på industriell basis vegetativ förökning jordbruksväxter vävnadsodling. Det tillåter inte bara att snabbt föröka nya lovande växtsorter, utan också att få plantmaterial som inte är infekterat med virus.

Bioteknik inom djurhållning

Under senare år har det ökat intresset för daggmaskar som en källa till animaliskt protein för att balansera foderkosten för djur, fåglar, fiskar, pälsdjur samt ett proteintillskott med terapeutiska och profylaktiska egenskaper.
För att öka djurens produktivitet behövs helfoder. Den mikrobiologiska industrin producerar foderprotein baserat på olika mikroorganismer - bakterier, svampar, jäst, alger. Som industriella tester har visat absorberas den proteinrika biomassan från encelliga organismer med hög effektivitet av husdjur. Således gör 1 ton foderjäst att du kan spara 5-7 ton spannmål. Detta är betydelsefullt eftersom 80 % av världens jordbruksmark ägnas åt produktion av boskap och fjäderfäfoder.

Kloning

Kloningen av fåret Dolly 1996 av Ian Wilmut och hans kollegor vid Roslin Institute i Edinburgh väckte uppståndelse runt om i världen. Dolly föddes från bröstkörteln på ett får som sedan länge dött, och dess celler lagrades i flytande kväve. Tekniken med vilken Dolly skapades är känd som kärnöverföring, vilket innebär att kärnan i ett obefruktat ägg avlägsnas och en kärna från en somatisk cell placeras i dess ställe. Av de 277 kärntransplanterade äggen utvecklades bara ett till ett relativt friskt djur. Denna metod för reproduktion är "asexuell" eftersom den inte kräver en av varje kön för att skapa ett barn. Wilmuts framgångar blev en internationell sensation.
I december 1998 blev det känt om framgångsrika försök att klona boskap, när japanen I. Kato, T. Tani et al. lyckades få 8 friska kalvar efter att ha överfört 10 rekonstruerade embryon till livmodern på mottagarkor.

Bild nr 10

Nya upptäckter
inom medicinen Bioteknikens framgångar används särskilt mycket inom medicinen. För närvarande produceras antibiotika, enzymer, aminosyror och hormoner med hjälp av biosyntes.
Till exempel brukade hormoner vanligtvis erhållas från djurs organ och vävnader. Även för att få en liten mängd av ett läkemedel krävdes mycket utgångsmaterial. Följaktligen var det svårt att få tag i den nödvändiga mängden av läkemedlet och det var mycket dyrt.
Således är insulin, ett bukspottkörtelhormon, den huvudsakliga behandlingen för diabetes mellitus. Detta hormon måste administreras till patienter konstant. Att producera det från bukspottkörteln hos en gris eller nöt är svårt och dyrt. Dessutom skiljer sig animaliska insulinmolekyler från humaninsulinmolekyler, som ofta orsakade allergiska reaktioner, särskilt hos barn. För närvarande har den biokemiska produktionen av humant insulin etablerats. En gen som syntetiserar insulin erhölls. Med hjälp av genteknik introducerades denna gen i en bakteriecell, som som ett resultat fick förmågan att syntetisera humant insulin.
Förutom att erhålla terapeutiska medel möjliggör bioteknik tidig diagnos av infektionssjukdomar och maligna neoplasmer baserat på användning av antigenpreparat och DNA/RNA-prover.
Med hjälp av nya vaccinpreparat är det möjligt att förebygga infektionssjukdomar.

Bild nr 11

Stamcellsmetod: botemedel eller krymplingar?

Japanska forskare under ledning av professor Shinya Yamanaka från Kyoto University isolerade för första gången stamceller från mänsklig hud, efter att ha introducerat en uppsättning av vissa gener i dem. Enligt deras åsikt kan detta fungera som ett alternativ till kloning och kommer att göra det möjligt att skapa läkemedel som är jämförbara med dem som erhålls genom att klona mänskliga embryon. Amerikanska forskare fick nästan samtidigt liknande resultat. Men detta betyder inte att det om några månader kommer att vara möjligt att helt överge embryokloning och återställa kroppens funktionalitet med stamceller som erhållits från patientens hud.
Först måste specialister se till att "hud"-tabellcellerna faktiskt är så multifunktionella som de verkar, att de kan implanteras i olika organ utan rädsla för patientens hälsa och att de kommer att fungera. Den största oro är att sådana celler utgör en risk för cancerutveckling. För den största faran med embryonala stamceller är att de är genetiskt instabila och har förmågan att utvecklas till vissa tumörer efter transplantation i kroppen.

Bild nr 12

Genteknik

Gentekniker gör det möjligt att isolera den nödvändiga genen och introducera den i en ny genetisk miljö för att skapa en organism med nya, förutbestämda egenskaper.
Genteknikmetoder är fortfarande mycket komplexa och dyra. Men redan nu, med deras hjälp, producerar industrin så viktiga mediciner som interferon, tillväxthormoner, insulin m.m.
Urval av mikroorganismer är det viktigaste området inom bioteknik.
Utvecklingen av bionik gör det möjligt att effektivt tillämpa biologiska metoder för att lösa tekniska problem och att använda erfarenheten av levande natur inom olika teknikområden.

Bild nr 13

Transgena produkter:
för- och nackdelar Flera dussin ätbara transgena växter har redan registrerats runt om i världen. Dessa är sorter av sojabönor, ris och sockerbetor som är resistenta mot herbicider; herbicid- och skadedjursresistent majs; potatis som är resistent mot Colorado-potatisbaggen; zucchini, nästan fröfri; tomater, bananer och meloner med förlängd hållbarhet; raps och sojabönor med modifierad fettsyrasammansättning; ris med högt innehåll av vitamin A.
Genmodifierade källor kan hittas i korv, frankfurter, kött på burk, dumplings, ost, yoghurt, barnmat, flingor, choklad, glass godis.

Bild nr 14

Genmodifierade livsmedel

Lista över produkter som kan innehålla genetiskt modifierade produkter: Riboflaviner E 101, E 101A, karamell E 150, xantan E 415, lecitin E 322, E 153, E160d, E 161c, E 308q, E 471, E 472f, E 472f, E 475, E 476b, E 477, E 479a, E 570, E 572, E 573, E 620, E 621, E 622, E 623, E 623, E 624, E 625.
Genetiskt modifierade produkter: chokladfruktnöt, Kit-kat, Vintergatan, Twix; drycker: Nesquik, Coca-Cola, Sprite, Pepsi, Pringles chips, Danon-yoghurt.
Genetiskt modifierade produkter produceras av följande företag: Novartis, Monsanto - det nya namnet på Pharmacia-företaget, som inkluderar Coca-Cola, samt Nestle, Danone, Hentz, Hipp, Uniliver ( Uniliver), United Biscuits, McDonalds restauranger.
Det finns inte ett enda faktum registrerat i världen att en transgen växt har orsakat skada på människor. Men du ska inte svika din vakt. Det är ännu inte klarlagt om dessa växter kommer att påverka avkomman eller förorena miljön.

Bild nr 15

Utsikter för utveckling av bioteknik

Metoden för vegetativ förökning av jordbruksväxter genom vävnadsodling används alltmer på industriell basis. Det tillåter inte bara att snabbt föröka nya lovande växtsorter, utan också att få virusfritt plantmaterial.
Bioteknik gör det möjligt att få fram miljövänliga bränslen genom biobearbetning av industri- och jordbruksavfall. Det har till exempel skapats anläggningar som använder bakterier för att bearbeta gödsel och annat organiskt avfall. Från 1 ton gödsel erhålls upp till 500 m3 biogas, vilket motsvarar 350 liter bensin, samtidigt som kvaliteten på gödsel som gödsel förbättras.
Den biotekniska utvecklingen används i allt större utsträckning vid utvinning och bearbetning av mineraler.

För att använda presentationsförhandsvisningar, skapa ett Google-konto och logga in på det: https://accounts.google.com

Bildtexter:

Bioteknik

Mikrobiologisk syntes Användning av mikroorganismer för att erhålla ett antal ämnen. Stammar av mikroorganismer skapas som producerar de nödvändiga ämnena i mängder som avsevärt överstiger behoven hos själva mikroorganismerna med tiotals och hundratals gånger.

Exempel: Bakterier som kan ackumulera uran, koppar och kobolt används för att utvinna metaller från avloppsvatten. Med hjälp av bakterier produceras biogas (en blandning av metan och koldioxid) som används för att värma upp rum. Det var möjligt att föda fram mikroorganismer som syntetiserar aminosyran lysin, som inte produceras i människokroppen.

Exempel: Jäst används för att få foderprotein. Genom att använda 1 ton foderprotein för djurfoder sparas 5–8 ton spannmål. Tillsatsen av 1 ton jästbiomassa till fåglarnas kost hjälper till att få ytterligare 1,5 - 2 ton kött eller 25 - 35 tusen ägg.

Cellteknik Växande celler från högre organismer på näringsmedia. Växande kärnkraftsfria celler. Transplantation av kärnor från en cell till en annan. Att odla en hel organism från en somatisk cell. Kloning

Kloning Djurkloning uppnås genom att kärnan från en differentierad cell överförs till ett obefruktat ägg som har fått sin egen kärna borttagen.

Kloning De första framgångsrika experimenten med kloning av djur utfördes i mitten av 1970-talet av den engelske embryologen J. Gordon i experiment på amfibier, när man ersatte kärnan i ett ägg med en kärna från en somatisk cell i en vuxen groda ledde till uppkomsten av en grodyngel.

Kloning Klonat djur – fåret Dolly

Cellulär teknik Hybridisering av somatiska celler och skapande av interspecifika hybrider. Det är möjligt att få hybridceller av organismer som inte är relaterade till varandra: människa och mus; Växter och djur; Cancerceller kapabla till obegränsad tillväxt, och blodceller - lymfocyter. Det är möjligt att få ett läkemedel som ökar en persons motståndskraft mot infektioner.

Exempel: Tack vare hybridiseringsmetoden erhölls hybrider av olika sorter av potatis, kål och tomater. Från en somatisk cell i en växt är det möjligt att odla en hel organism och därmed föröka värdefulla sorter (till exempel ginseng). Kloner erhålls - genetiskt homogena celler. Produktion av chimära organismer.

Chimära möss

Chimera får - get

Genteknik Omarrangemang av genotyper av organismer: Skapande av effektiva gener på konstgjord väg. Införande av en gen från en organism i genotypen av en annan är produktionen av transgena organismer.

Introduktion av råtttillväxtgenen i mus-DNA

Resultat

Exempel: Genen som är ansvarig för produktionen av insulin hos människor introducerades i genotypen av Escherichia coli. Denna bakterie administreras till personer med diabetes.

En gen introducerades i genotypen av petuniaväxten som stör bildningen och produktionen av pigment. Så skapades en växt med vita blommor

Exempel: Forskare försöker införa genen av bakterier som absorberar kväve från luften i genotypen av spannmål. Då blir det möjligt att inte tillsätta kvävegödsel till jorden.

På ämnet: metodologisk utveckling, presentationer och anteckningar

Den här lektionen diskuteras först i avsnittet "Datorpresentationer". I den här lektionen blir eleverna bekanta med POWERPOINT-programmet, lär sig hur man ändrar design och layout på bilder....

Presentation "Användning av multimediapresentationer som ett universellt sätt för kognition"

Presentationen "Att använda multimediapresentationer som ett universellt sätt för kognition" ger råd om utformning och innehåll i presentationer....

Utveckling av en lektion och presentation "The Sightseeng Tours" London och Saint-Petersburg med presentation

Mål: utveckling av talfärdigheter (monologpåstående); förbättra grammatiska färdigheter i att läsa och tala (tidigare obestämd tid, bestämd artikel) Uppgifter: lära ut...

1 av 30

Presentation om ämnet: Bioteknik

Bild nr 1

Bildbeskrivning:

Bild nr 2

Bildbeskrivning:

Bioteknik är en disciplin som studerar möjligheterna att använda levande organismer, deras system eller produkter av deras vitala aktivitet för att lösa tekniska problem, samt möjligheten att skapa levande organismer med nödvändiga egenskaper med hjälp av genteknik. Bioteknik är en disciplin som studerar möjligheterna att använda levande organismer, deras system eller produkter av deras vitala aktivitet för att lösa tekniska problem, samt möjligheten att skapa levande organismer med nödvändiga egenskaper med hjälp av genteknik. Bioteknikens möjligheter är ovanligt stora på grund av att dess metoder är mer lönsamma än konventionella: de används under optimala förhållanden (temperatur och tryck), är mer produktiva, miljövänliga och kräver inte kemiska reagenser som förgiftar miljön, etc.

Bild nr 3

Bildbeskrivning:

Bild nr 4

Bildbeskrivning:

Bioteknik hänvisar ofta till tillämpningen av genteknik under 1900- och 2000-talen, men termen hänvisar också till en bredare uppsättning processer för att modifiera biologiska organismer för att möta mänskliga behov, som börjar med modifiering av växter och tama djur genom artificiellt urval och hybridisering . Genom att använda moderna metoder traditionell bioteknisk produktion har möjlighet att förbättra kvaliteten mat produkter och öka produktiviteten hos levande organismer. Bioteknik hänvisar ofta till tillämpningen av genteknik under 1900- och 2000-talen, men termen hänvisar också till en bredare uppsättning processer för att modifiera biologiska organismer för att möta mänskliga behov, som börjar med modifiering av växter och tama djur genom artificiellt urval och hybridisering . Med hjälp av moderna metoder har traditionell bioteknisk produktion möjlighet att förbättra kvaliteten på livsmedelsprodukter och öka produktiviteten hos levande organismer.

Bild nr 5

Bildbeskrivning:

Bild nr 6

Bildbeskrivning:

Bild nr 7

Bildbeskrivning:

Bild nr 8

Bildbeskrivning:

År 1814 lät akademiker K.S. Kirchhoff upptäckte fenomenet biologisk katalys och han försökte biokatalytiskt få socker från tillgängliga inhemska råvaror (fram till mitten av 1800-talet erhölls socker endast från sockerrör). År 1814 lät akademiker K.S. Kirchhoff upptäckte fenomenet biologisk katalys och han försökte biokatalytiskt få socker från tillgängliga inhemska råvaror (fram till mitten av 1800-talet erhölls socker endast från sockerrör).

Bild nr 9

Bildbeskrivning:

Och 1891 i USA, den japanske biokemisten Dz. Takamine fick det första patentet för användning av enzympreparat för industriella ändamål. Forskaren föreslog att man skulle använda diastas för försockring av växtavfall. Det fanns alltså redan i början av 1900-talet aktiv utveckling fermenterings- och mikrobiologiska industrier. Under samma år gjordes de första försöken att använda enzymer i textilindustrin. Och 1891 i USA, den japanske biokemisten Dz. Takamine fick det första patentet för användning av enzympreparat för industriella ändamål. Forskaren föreslog att man skulle använda diastas för försockring av växtavfall. Redan i början av 1900-talet skedde alltså en aktiv utveckling av fermenterings- och mikrobiologiindustrin. Under samma år gjordes de första försöken att använda enzymer i textilindustrin.

Bild nr 10

Bildbeskrivning:

1916-1917 försökte den ryske biokemisten A. M. Kolenev utveckla en metod som skulle göra det möjligt att kontrollera verkan av enzymer i naturliga råvaror under tobakstillverkningen. Ett visst bidrag till utvecklingen av praktisk biokemi tillhör akademiker A.N. Bach, som skapade ett viktigt tillämpat område inom biokemi - teknisk biokemi. 1916-1917 försökte den ryske biokemisten A. M. Kolenev utveckla en metod som skulle göra det möjligt att kontrollera verkan av enzymer i naturliga råvaror under tobakstillverkningen. Ett visst bidrag till utvecklingen av praktisk biokemi tillhör akademiker A.N. Bach, som skapade ett viktigt tillämpat område inom biokemi - teknisk biokemi.

Bild nr 11

Bildbeskrivning:

EN. Bach och hans studenter utvecklade många rekommendationer för att förbättra tekniker för att bearbeta en mängd olika biokemiska råvaror, förbättra teknologier för bakning, bryggning, vinframställning, te- och tobaksproduktion, samt rekommendationer för att öka utbytet av odlade växter genom att kontrollera de biokemiska processerna förekommer i dem. Alla dessa studier, liksom framstegen inom den kemiska och mikrobiologiska industrin och skapandet av ny industriell biokemisk produktion, blev de viktigaste förutsättningarna för framväxten av modern bioteknik. I produktionstermer blev den mikrobiologiska industrin basen för bioteknik i processen av dess bildande. EN. Bach och hans studenter utvecklade många rekommendationer för att förbättra tekniker för att bearbeta en mängd olika biokemiska råvaror, förbättra teknologier för bakning, bryggning, vinframställning, te- och tobaksproduktion, samt rekommendationer för att öka utbytet av odlade växter genom att kontrollera de biokemiska processerna förekommer i dem. Alla dessa studier, liksom framstegen inom den kemiska och mikrobiologiska industrin och skapandet av ny industriell biokemisk produktion, blev de viktigaste förutsättningarna för framväxten av modern bioteknik. I produktionstermer blev den mikrobiologiska industrin basen för bioteknik i processen av dess bildande.

Bild nr 12

Bildbeskrivning:

Det första antibiotikumet, penicillin, isolerades 1940. Efter penicillin upptäcktes andra antibiotika (detta arbete fortsätter till denna dag). Med upptäckten av antibiotika dök det omedelbart upp nya uppgifter: att etablera produktionen av medicinska substanser som produceras av mikroorganismer, arbeta för att minska kostnaderna och öka tillgången på nya läkemedel och få fram dem i mycket stora mängder som medicinen behöver. Det första antibiotikumet, penicillin, isolerades 1940. Efter penicillin upptäcktes andra antibiotika (detta arbete fortsätter till denna dag). Med upptäckten av antibiotika dök det omedelbart upp nya uppgifter: att etablera produktionen av medicinska substanser som produceras av mikroorganismer, arbeta för att minska kostnaderna och öka tillgången på nya läkemedel och få fram dem i mycket stora mängder som medicinen behöver.

Bild nr 13

Bildbeskrivning:

Följande huvudstadier i utvecklingen av bioteknik kan särskiljas: Följande huvudstadier i utvecklingen av bioteknik kan särskiljas: 1) Utveckling av empirisk teknik - den omedvetna användningen av mikrobiologiska processer (bakning, vinframställning) från omkring 6:e tusen år FÖRE KRISTUS. 2) Ursprunget till grundläggande biologiska vetenskaper under XV-XVIII-talen. 3) Den första introduktionen av vetenskapliga data i mikrobiologisk produktion i slutet av 1800-talet och början av 1900-talet - en period av revolutionära omvandlingar inom den mikrobiologiska industrin. 4) Skapande av vetenskapliga och tekniska förutsättningar för framväxten av modern bioteknik under första hälften av 1900-talet (upptäckt av proteiners struktur, användning av virus i studiet av cellulära organismers genetik).

Bild nr 14

Bildbeskrivning:

5) Bioteknikens framväxt som en ny vetenskaplig och teknisk gren (mitten av 1900-talet), förknippad med masslönsam produktion av läkemedel; organisation av storskalig produktion av protein från kolväten. 5) Bioteknikens framväxt som en ny vetenskaplig och teknisk gren (mitten av 1900-talet), förknippad med masslönsam produktion av läkemedel; organisation av storskalig produktion av protein från kolväten. 6) Framväxten av den senaste biotekniken förknippad med den praktiska tillämpningen av genetisk och cellulär teknik, ingenjörsenzymologi och immunbioteknik. mikrobiologisk produktion - produktion av en mycket hög kultur. Dess teknologi är mycket komplex och specifik; service av utrustningen kräver att man behärskar speciella färdigheter. För närvarande produceras med hjälp av mikrobiologisk syntes, antibiotika, enzymer, aminosyror, intermediärer för vidare syntes av olika ämnen, feromoner (ämnen med vilka insekternas beteende kan kontrolleras), organiska syror, foderproteiner och andra. Tekniken för framställning av dessa ämnen är väl etablerad, att få fram dem mikrobiologiskt är ekonomiskt lönsamt.

Bild nr 15

Bildbeskrivning:

Bioteknikens huvudriktningar är: Bioteknikens huvudriktningar är: 1) produktion med hjälp av mikroorganismer och odlade eukaryota celler av biologiskt aktiva föreningar (enzymer, vitaminer, hormonella läkemedel), mediciner (antibiotika, vacciner, serum, högspecifika antikroppar). , etc.), såväl som proteiner, aminosyror som används som fodertillsatser; 2) tillämpning av biologiska metoder för föroreningskontroll miljö(biologisk rening av avloppsvatten, markföroreningar etc.) och för att skydda växter från skadedjur och sjukdomar; 3) skapande av nya användbara stammar av mikroorganismer, växtsorter, djurraser, etc.