A mikroorganizmusok kiválasztása. Mikroorganizmusok Baktériumok, mikroszkopikus gombák, protozoonok. Előadás "növények, állatok, mikroorganizmusok szelekciójának alapjai" Előadás a témában a mikroorganizmusok szelekciójának fő irányai

FELFEDEZÉSEK A BIOLÓGIA TERÜLETÉBEN A STR

Bevezetés
A biotechnológia jelenlegi állása
A biotechnológia és szerepe a gyakorlati emberi tevékenységekben
Biotechnológia a növénytermesztésben

Szövettenyésztési módszer

Klónozás

Új felfedezések az orvostudomány területén

Génmanipuláció

Transzgénikus termékek: előnyei és hátrányai
Génmódosított élelmiszerek

A biotechnológia fejlődésének következményei a tudományos és technológiai forradalom korában

Bevezetés

A biotechnológia biológiai folyamatok és rendszerek ipari felhasználása, amely a mikroorganizmusok rendkívül hatékony formáinak, az ember számára szükséges tulajdonságokkal rendelkező növények és állatok sejt- és szövetkultúráinak tenyésztésére épül. Bizonyos biotechnológiai folyamatok (sütés, borkészítés) ősidők óta ismertek. De a biotechnológia a 20. század második felében érte el legnagyobb sikerét, és egyre fontosabbá válik az emberi civilizáció számára.

A biotechnológia jelenlegi állása

Ősidők óta ismert, hogy az egyes biotechnológiai folyamatokat a gyakorlati emberi tevékenység területén alkalmazzák. Ilyen a sütés, a borkészítés, a sörfőzés, az erjesztett tejtermékek készítése stb. Őseink nem sejtették az ilyen technológiák alapjául szolgáló folyamatok lényegét, de több ezer év alatt próba-szerencse módszerrel továbbfejlesztették azokat. Ezeknek a folyamatoknak a biológiai lényege csak a 19. században derült ki. L. Pasteur tudományos felfedezéseinek köszönhetően. Munkája alapul szolgált a különféle mikroorganizmusok felhasználásával történő termelés fejlesztéséhez. A 20. század első felében. mikrobiológiai eljárásokat kezdték alkalmazni aceton és butanol, antibiotikumok, szerves savak, vitaminok és takarmányfehérje ipari előállítására.
A 20. század második felében elért előrelépések. a citológia, biokémia, molekuláris biológia és genetika területén megteremtette a sejtélet elemi mechanizmusainak irányításának előfeltételeit, ami hozzájárult a biotechnológia rohamos fejlődéséhez. A rendkívül produktív mikroorganizmus-törzsek kiválasztásának köszönhetően a biotechnológiai folyamatok hatékonysága tíz- és százszorosára nőtt.

A biotechnológia és szerepe a gyakorlati emberi tevékenységekben

A biotechnológia sajátossága, hogy a tudományos és technológiai haladás legfejlettebb vívmányait ötvözi a múlt felhalmozott tapasztalataival, amely a természetes források felhasználásában fejeződik ki az ember számára hasznos termékek létrehozásához. Minden biotechnológiai folyamat több szakaszból áll: a tárgy előkészítése, termesztése, izolálása, tisztítása, módosítása és a kapott termékek felhasználása. A folyamat többlépcsőssége és összetettsége megköveteli, hogy a megvalósításba különféle szakembereket vonjanak be: genetikusok és molekuláris biológusok, citológusok, biokémikusok, virológusok, mikrobiológusok és fiziológusok, folyamatmérnökök és biotechnológiai berendezések tervezői.

Biotechnológia a növénytermesztésben

Szövettenyésztési módszer

Biotechnológia az állattenyésztésben

Az elmúlt években megnőtt az érdeklődés a giliszta iránt, mint állati fehérjeforrásként az állatok, madarak, halak, prémes állatok takarmányának kiegyensúlyozására, valamint terápiás és profilaktikus tulajdonságokkal rendelkező fehérje-kiegészítőként.
Az állatok termelékenységének növelése érdekében teljes értékű takarmányra van szükség. A mikrobiológiai ipar különféle mikroorganizmusok - baktériumok, gombák, élesztő, algák - alapján állít elő takarmányfehérjét. Amint az ipari tesztek kimutatták, az egysejtű szervezetek fehérjében gazdag biomasszáját a haszonállatok nagy hatékonysággal szívják fel. Így 1 tonna takarmányélesztővel 5-7 tonna gabonát takaríthatunk meg. Ez azért jelentős, mert a világ mezőgazdasági területének 80%-át állattenyésztésre és baromfitakarmány-termelésre fordítják.

Klónozás

Dolly, a bárány klónozása 1996-ban, amelyet Ian Wilmut és munkatársai az edinburghi Roslin Intézetben végzett, nagy feltűnést keltett az egész világon. Dolly egy rég elpusztult birka emlőmirigyéből fogant meg, és sejtjeit folyékony nitrogénben tárolták. A technikát, amellyel Dollyt létrehozták, nukleáris transzferként ismerik, ami azt jelenti, hogy a megtermékenyítetlen petesejt magját eltávolítják, és egy szomatikus sejtből származó magot helyeznek a helyére. A 277 nukleáris transzplantált tojásból csak egy fejlődött viszonylag egészséges állattá. Ez a szaporodási mód „ivartalan”, mivel nem szükséges mindkét nem egyike a gyermek létrehozásához. Wilmut sikere nemzetközi szenzációvá vált.
1998 decemberében vált ismertté a szarvasmarha klónozásának sikeres kísérletei, amikor a japán I. Kato, T. Tani et al. sikerült 8 egészséges borjút kapni, miután 10 rekonstruált embriót vittek át a recipiens tehenek méhébe.

10. dia

Új felfedezések
az orvostudomány területén A biotechnológia sikereit különösen széles körben alkalmazzák az orvostudományban. Jelenleg az antibiotikumokat, enzimeket, aminosavakat és hormonokat bioszintézissel állítják elő.
Például a hormonokat korábban jellemzően állati szervekből és szövetekből nyerték. Már kis mennyiségű gyógyhatású gyógyszer előállításához is sok kiindulási anyagra volt szükség. Következésképpen nehéz volt beszerezni a szükséges mennyiségű gyógyszert, és nagyon drága volt.
Így az inzulin, a hasnyálmirigy hormonja a cukorbetegség fő kezelési módja. Ezt a hormont folyamatosan be kell adni a betegeknek. Sertés vagy szarvasmarha hasnyálmirigyéből előállítani nehéz és költséges. Ezenkívül az állati inzulinmolekulák különböznek a humán inzulinmolekuláktól, amelyek gyakran allergiás reakciókat váltottak ki, különösen gyermekeknél. Jelenleg a humán inzulin biokémiai termelése kialakult. Olyan gént kaptak, amely inzulint szintetizál. A géntechnológia segítségével ezt a gént egy baktériumsejtbe juttatták be, amely ennek eredményeként megszerezte a humán inzulin szintetizálásának képességét.
A biotechnológia a terápiás szerek beszerzése mellett lehetővé teszi a fertőző betegségek és rosszindulatú daganatok korai diagnosztizálását antigénkészítmények és DNS/RNS minták felhasználásával.
Az új vakcinakészítmények segítségével megelőzhetőek a fertőző betegségek.

11. dia

Őssejt módszer: gyógyír vagy megbénít?

Shinya Yamanaka, a Kiotói Egyetem professzora vezette japán tudósok először izoláltak őssejteket az emberi bőrből, miután korábban bizonyos géneket juttattak beléjük. Véleményük szerint ez a klónozás alternatívájaként szolgálhat, és lehetővé teszi az emberi embriók klónozásával nyert gyógyszerekhez hasonló gyógyszerek létrehozását. Az amerikai tudósok szinte egyidejűleg hasonló eredményeket értek el. Ez azonban nem jelenti azt, hogy néhány hónapon belül teljesen fel lehet hagyni az embriók klónozásával, és vissza lehet állítani a szervezet funkcionalitását a páciens bőréből nyert őssejtek segítségével.
Először is, a szakembereknek meg kell győződniük arról, hogy a „bőr” asztali sejtek valóban olyan multifunkcionálisak, mint amilyennek látszanak, hogy a páciens egészsége miatti félelem nélkül beültethetők-e különböző szervekbe, és működni fognak. A fő probléma az, hogy az ilyen sejtek kockázatot jelentenek a rák kialakulására. Mert az embrionális őssejtek legfőbb veszélye az, hogy genetikailag instabilok, és a szervezetbe történő átültetés után képesek egyes daganatokká fejlődni.

12. dia

Génmanipuláció

A géntechnológiai technikák lehetővé teszik a szükséges gén izolálását és új genetikai környezetbe történő bejuttatását, hogy új, előre meghatározott tulajdonságokkal rendelkező organizmust hozzunk létre.
A géntechnológiai módszerek továbbra is nagyon összetettek és drágák. De már most segítségükkel az ipar olyan fontos gyógyszereket állít elő, mint az interferon, növekedési hormonok, inzulin stb.
A mikroorganizmusok szelekciója a biotechnológia legfontosabb területe.
A bionika fejlődése lehetővé teszi a biológiai módszerek hatékony alkalmazását a mérnöki problémák megoldásában, az élő természet tapasztalatainak felhasználását a technológia különböző területein.

13. dia

Transzgénikus termékek:
pro és kontra Több tucat ehető transzgénikus növényt regisztráltak már világszerte. Ezek a szójabab, rizs és cukorrépa fajtái, amelyek ellenállóak a gyomirtó szerekkel szemben; gyomirtó- és kártevő-ellenálló kukorica; a Colorado burgonyabogárnak ellenálló burgonya; cukkini, szinte mag nélkül; meghosszabbított eltarthatóságú paradicsom, banán és dinnye; repce és szójabab módosított zsírsavösszetétellel; magas A-vitamin tartalmú rizs.
A génmódosított források kolbászokban, frankfurtokban, húskonzervekben, galuskában, sajtokban, joghurtokban, bébiételekben, gabonapelyhekben, csokoládéban, fagylaltcukorkákban találhatók.

14. dia

Génmódosított élelmiszerek

Azon termékek listája, amelyek géntechnológiával módosított termékeket tartalmazhatnak: Riboflavinok E 101, E 101A, karamell E 150, xantán E 415, lecitin E 322, E 153, E160d, E 161c, E 308q, E 471, E 472f, E 472f, 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.
Genetikailag módosított termékek: csokoládé Fruit Nut, Kit-kat, Milky Way, Twix; italok: Nesquik, Coca-Cola, Sprite, Pepsi, Pringles chips, Danon joghurt.
A génmódosított termékeket a következő cégek gyártják: Novartis, Monsanto - a Pharmacia cég új neve, amelybe a Coca-Cola, valamint a Nestle, Danone, Hentz, Hipp, Uniliver (Uniliver), United Biscuits, McDonald's éttermek tartoznak.
A világon egyetlen tényt sem jegyeztek fel, hogy egy transzgénikus növény kárt okozott volna az embereknek. De nem szabad cserbenhagynia az óvatosságát. Egyelőre nem tisztázott, hogy ezek a növények hatással lesznek-e az utódokra, vagy szennyezik-e a környezetet.

15. dia

A biotechnológia fejlődésének kilátásai

A mezőgazdasági növények szövettenyésztéssel történő vegetatív szaporításának módszerét egyre inkább ipari alapon alkalmazzák. Nemcsak új, ígéretes növényfajták gyors szaporítását teszi lehetővé, hanem vírusmentes ültetési anyag kinyerését is.
A biotechnológia lehetővé teszi az ipari és mezőgazdasági hulladékok biofeldolgozása révén környezetbarát tüzelőanyagok előállítását. Például olyan létesítményeket hoztak létre, amelyek baktériumokat használnak a trágya és más szerves hulladék feldolgozására. 1 tonna trágyából akár 500 m3 biogázt nyernek, ami 350 liter benzinnek felel meg, miközben a trágya, mint műtrágya minősége javul.
A biotechnológiai fejlesztéseket egyre inkább alkalmazzák az ásványok kitermelésében és feldolgozásában.

Ismételje meg az anyagot, és ellenőrizze a tanulók tudását az „állatkiválasztás” témában
Képet alkotni a tanulókban a mikroorganizmusokkal végzett tenyésztési munka alapvető módszereiről.
Megtanítani, hogyan kell alátámasztani a mesterséges mutagenezis módszerének jelentőségét az új mikroorganizmus-törzsek nemesítésének folyamatában.
Mutassa be a biotechnológia főbb területeit.
Meggyőzni a hallgatókat arról, hogy a biotechnológia a modern tudományos ismeretek és a nemzetgazdasági problémák és feladatok optimális megoldását célzó gyakorlati tevékenységek harmonikus kombinációja.
A középiskolások kognitív érdeklődésének fejlesztése a modern szelekció problémáinak tanulmányozása iránt.

Az órák alatt:

ÉN. Idő szervezése

II. Referencia ismeretek frissítése

III. Új téma tanulása

IV. A tanult anyag megerősítése

V. Házi feladat

AZ ÁLLATOK KIVÁLASZTÁSÁNAK ALAPVETŐ MÓDSZEREI

hibridizáció

NEM KAPCSOLÓDÓ

EGYEDI

TÖMEG

ÖSSZEFÜGGŐ

FAJTANÉL

FAJTÁKAT KERESZTEZ

TÁVOLI HIBRIDIZÁCIÓ

Milyen szelekciós módszerrel szerezték be ezeket az állatokat?
Milyen jelek jellemzik őket?
Mi a hátránya ezeknek a hibrideknek?

Hinny = szamár x mén
Bester = beluga x sterlet
Öszvér = kanca x szamár
Honorik = görény x nyérc
Arharomerinos = argali x juh
Liger = oroszlán + tigris
Pulyka = pulyka + kacsa
Káma = láma + teve
Zebroid = zebra + póni (ló, szamár)

KI AZ őse a különböző tehénfajtáknak?
MEGNEVEZD KÖZTÁRSASÁGUNK TEHENEFAJTÁJÁT?

KI AZ őse a különböző lófajtáknak?
MEGNEVEZD KÖZTÁRSASÁGUNK LÓFAJTÁJÁT?

KI AZ őse a különböző sertésfajtáknak?
MEGNEVEZD KÖZTÁRSASÁGUNK SERTÉSFAJTÁJÁT?

KI AZ őse a különböző juhfajtáknak?
NEVEZZE MEG KÖZTÁRSASÁGUNKBAN A SERTÉS TÁJÉKÁIT

MEGNEVEZD EZEKEN ÁLLATOK FAJTÁJÁNAK ŐSEIT?
MEGNEVEZD KÖZTÁRSASÁGUNK FAJTÁJÁT?

15. Pulykák

17. Strucc

Tehenek
szarvas
Disznók
bivalyok
Lovak
Nyulak
Nutrium

Olvassa el a szöveget, és mutasson rá a hibákra

1973-ban N.I. Vavilov az önbeporzás módszerével finom gyapjú juhfajtát fejlesztett ki, amelyből Citsin akadémikus később a heterózis módszerével tiszta vonalat hozott létre.

Bármely élőlényfaj populációja megközelítőleg azonos szinten marad, mivel korlátozó tényezőknek vannak kitéve.

Tényezők

Eszköz

Élelmiszer-források

Mezőgazdasági állatok és növények tenyésztése, konzervek és egyéb élelmiszeripari termékek előállítása

Területi erőforrások

Többszintes épületek építése

Gyógyszerek, oltások, műtét

Éghajlati viszonyok

Szezonális ruházat, fűtött szoba

Fogamzásgátló

Speciális eszközök és egyéb funkciók

AZ EMBERI LÉPESSÉG SZÁMÁNAK DUPLA KORSZAKONKÉNT:

Paleolit

Új paleolitikum

170.000 évig

Vadászat és gyűjtés

15.000 évig

Korszakunk kezdete után

1830 óta

Domesztikáció

Tenyésztés

Kiválasztás

1980-ban 4,5 milliárd ember élt a Földön, akiktől évente 80 millió gyermek születik.

Jelenleg 6 milliárd ember él a bolygón.

A Föld nem fog 10 milliárd embert táplálni, és felmerül a népességszabályozás kérdése!

Ennek elkerülése érdekében ki kell elégíteni az emberek növekvő élelmiszer-szükségletét.

Az élő szervezetek felhasználásának tudománya, biológiai jellemzőik, valamint az ember számára szükséges anyagok előállításában zajló létfontosságú folyamatok

A mikroorganizmusok prokarióta és eukarióta egysejtű szervezetek csoportja.

A mikroorganizmusokat vizsgáló tudomány a mikrobiológia.

Mikroorganizmusok

Baktériumok

Protozoa

Kék-zöld algák

A mikroorganizmusok apró élőlények, amelyek csak mikroszkóp alatt láthatók.

1 GOMBA - seborrhea, varasodás, ótvar
2 PROTOZOOS - vérhas, toxoplazmózis, trichomoniasis, giardiasis, malária, trichomoniasis stb.
BAKTÉRIUMOK - botulizmus, lépfene, tuberkulózis, kolera, diftéria, tífusz, pestis, szifilisz, tetanusz stb.
VÍRUSOK - influenza, hepatitis, AIDS, agyvelőgyulladás, sárgaláz, himlő, kanyaró, veszettség, paleomelitis, akut légúti fertőzések, ragadós száj- és körömfájás stb.

A mikroorganizmusok jellemzői

1. Mindenütt jelenlévő

2. Magas növekedési és szaporodási ráta

3. Magas fokú túlélés más élőlények életére alkalmatlan körülmények között (t = 70-105 C, sugárzás, NaCl = 25-30%, kiszáradás, oxigénhiány, t = (-) stb.

4. Táplálkozási módszerek: autotrófok (foto- és kemo-), heterotrófok (minden típusú szerves anyagot, nem természetes vegyületeket, nitrátokat, hidrogén-szulfidot és egyéb mérgező anyagokat lebontanak)

5. Hihetetlen termelékenység. Például: egy 500 kg súlyú tehén. naponta 0,5 kg-ot alkot. fehérje, 500 kg szójabab pedig 5 kg-ot termel ugyanebben az időszakban. fehérje, ugyanaz az élesztőtömeg naponta 50 tonna fehérjét képes előállítani egy bioreaktorban, ami 100-szor nagyobb a saját tömegüknél és megegyezik 5 kifejlett elefánt tömegével).

6. A mikrobák rendkívüli alkalmazkodóképessége lehetővé teszi a könnyű és gyors szelekciót. Egy állatfajt vagy növényfajta nemesítése több száz évbe telik, de egy mikroorganizmus törzs tenyésztéséhez több évre van szükség.

Mikroorganizmusok alkalmazása

Szintetikus vakcinák beszerzése

Új élelmiszer-feldolgozási és -tárolási módszerek kidolgozása mikroorganizmusok felhasználásával

Takarmányfehérjék előállítása

Háziállatok számára

Szerves savak kinyerése, enzimek felhasználása mosószerekben, ragasztók, rostok, zselatinizáló szerek, sűrítők, aromák stb.

Kéntartalmú vegyületek eltávolítása szénből

Érckimosás

Mikroorganizmusok alkalmazása az olajiparban

Enzimkészítmények alkalmazása a diagnosztika javítására, új gyógyszerek és terápiás szerek létrehozására. Enzimek, antibiotikumok, interferonok, hormonok (inzulin, szomatotropin stb.) mikrobiológiai szintézise

Az ipari és háztartási hulladék feldolgozásának módszereinek fejlesztése

Sejttechnológia alkalmazása a mezőgazdaságban

Bakteriális műtrágyák beszerzése

A mikroorganizmusok szelekciójának jellemzői

A tenyésztőnek korlátlan mennyiségű anyaggal kell dolgoznia: napok alatt több milliárd sejtet lehet kinevelni Petri-csészékben vagy kémcsövekben táptalajon;

A mutációs folyamat hatékonyabb felhasználása, mivel a mikroorganizmusok genomja haploid, ami lehetővé teszi az esetleges mutációk azonosítását már az első generációban;

A baktériumok genetikai szerveződésének egyszerűsége: lényegesen kisebb számú gén, egyszerűbb a genetikai szabályozásuk, a génkölcsönhatások egyszerűek vagy hiányoznak.

A mikroorganizmusok kiválasztása

Hagyományos módszerek

A legújabb módszerek

Mesterséges

mutagenezis

Kiválasztás termelékenység szerint

Génmanipuláció

Azon alapul, hogy a kívánt gént izolálják egy szervezet genomjából, és bejuttatják egy másik szervezet genomjába

Mesterséges génszintézis és bejuttatás a bakteriális genomba

Kísérleti mutagenezis hatása a szervezetre a különböző

mutagének, mutációk létrehozása érdekében (vegyi anyagok és sugárzás)

Például:

A penicillium gomba egy törzse 1000-szeresére növelte termelékenységét.
Az aminosavat termelő törzs 300-szoros.

De a hagyományos szelekció lehetőségei korlátozottak.

Az olyan tudományok fejlődése, mint a molekuláris biológia és a mikroorganizmusok genetikája, valamint a mikrobiális termékek gyakorlati felhasználásának növekvő igénye új módszerek kidolgozásához vezetett a kívánt tulajdonságokkal rendelkező mikroorganizmusok célzott és ellenőrzött előállítására.

Tanulmányozza a bekezdés szövegét.
Készítsen kínai szót a 34–37. bekezdések kifejezéseivel.

1 csúszda

2 csúszda

A mikroorganizmusok (főleg baktériumok és gombák) hagyományos szelekciója kísérleti mutagenezisen és a legtermékenyebb törzsek kiválasztásán alapul. De itt is van néhány sajátosság. A bakteriális genom haploid, már az első generációban megjelennek a mutációk. Bár a természetes mutáció előfordulásának valószínűsége a mikroorganizmusokban megegyezik az összes többi szervezetével (minden génre 1 mutáció 1 millió egyedenként), a szaporodás nagyon magas intenzitása lehetővé teszi, hogy megtaláljuk a számunkra érdekes gén mutációját. a kutató.

3 csúszda

A mesterséges mutagenezis és szelekció eredményeként a penicillium gombatörzsek termelékenysége több mint 1000-szeresére nőtt. A mikrobiológiai ipar termékeit sütésben, sörfőzésben, borkészítésben és számos tejtermék elkészítésében használják fel. A mikrobiológiai ipar segítségével antibiotikumokat, aminosavakat, fehérjéket, hormonokat, különféle enzimeket, vitaminokat és még sok mást állítanak elő.

4 csúszda

A mikroorganizmusokat a szennyvíz biológiai tisztítására és a talajminőség javítására használják. Jelenleg mangán, réz és króm előállítására dolgoztak ki módszereket régi bányák baktériumok felhasználásával kialakított hulladéklerakóinak fejlesztésével, ahol a hagyományos bányászati módszerek gazdaságilag nem életképesek.

5 csúszda

Biotechnológia Élő szervezetek és biológiai folyamataik felhasználása az ember számára szükséges anyagok előállításában. A biotechnológia tárgyai a baktériumok, gombák, növényi és állati szövetek sejtjei. Táptalajokon, speciális bioreaktorokban termesztik.

6 csúszda

7 csúszda

A mikroorganizmusok, növények és állatok szelekciójának legújabb módszerei a sejt-, kromoszóma- és génsebészet.

8 csúszda

Génsebészet A génsebészet olyan technikák összessége, amelyek lehetővé teszik a kívánt gén izolálását egy élőlény genomjából, és egy másik szervezet genomjába történő bejuttatását. Azokat a növényeket és állatokat, amelyek genomjába „idegen” gének kerültek be, transzgenikusnak, a baktériumokat és gombákat pedig transzformáltnak nevezzük. A géntechnológia hagyományos célpontja az Escherichia coli, egy baktérium, amely az emberi bélben él. Segítségével nyerik a növekedési hormont - a szomatotropint, az inzulin hormont, amelyet korábban a tehenek és sertések hasnyálmirigyéből nyertek, valamint az interferon fehérjét, amely segít megbirkózni a vírusfertőzéssel.

9. dia

A transzformált baktériumok létrehozásának folyamata a következő szakaszokból áll: Restrikció - a kívánt gének „kivágása”. Ezt speciális „genetikai ollóval”, restrikciós enzimekkel hajtják végre. Vektor létrehozása - egy speciális genetikai konstrukció, amelyben a kívánt gént egy másik sejt genomjába vezetik be. A vektor létrehozásának alapja a plazmidok. A gént egy másik enzimcsoport - ligázok - segítségével fuzionálják a plazmidba. A vektornak tartalmaznia kell mindent, ami e gén működésének szabályozásához szükséges - promótert, terminátort, operátorgént és szabályozó gént, valamint markergéneket, amelyek olyan új tulajdonságokat adnak a befogadó sejtnek, amelyek lehetővé teszik ennek a sejtnek az eredeti sejtektől való megkülönböztetését. A transzformáció egy vektor bejuttatása egy baktériumba. A szűrés azon baktériumok kiválasztása, amelyekben a bejuttatott gének sikeresen működnek. Transzformált baktériumok klónozása.

10 csúszda

Rekombináns plazmidok képzése: 1 - sejt az eredeti plazmiddal 2 - izolált plazmid 3 - vektor létrehozása 4 - rekombináns plazmid (vektor) 5 - sejt rekombináns plazmiddal

11 csúszda

Az eukarióta gének a prokarióta génekkel ellentétben mozaikos szerkezetűek (exonok, intronok). A bakteriális sejtekben nincs feldolgozás, és az időben és térben történő transzláció nem válik el a transzkripciótól. Ebben a tekintetben hatékonyabb mesterségesen szintetizált géneket használni a transzplantációhoz. Az ilyen szintézis mátrixa az mRNS. A reverz transzkriptáz enzim segítségével először ebből az mRNS-ből szintetizálódik egy DNS-szál. Ezután a második szálat kiegészítik rajta DNS-polimeráz segítségével.

12 csúszda

Kromoszóma-manipuláció A kromoszóma-manipuláció olyan technikák összessége, amelyek lehetővé teszik a kromoszómák manipulálását. A módszerek egyik csoportja azon alapul, hogy a növényi szervezet genotípusába idegen homológ kromoszómapárt juttatnak be, amelyek szabályozzák a kívánt tulajdonságok kialakulását (kibővített vonalak), vagy egy homológ kromoszómapár helyettesítését egy másikkal (cserélt vonalak). ). Az így kapott helyettesített és kiegészített vonalakban olyan tulajdonságokat gyűjtenek, amelyek közelebb hozzák a növényeket az „ideális fajtához”.

13. dia

A haploid módszer a haploid növények termesztésén, majd a kromoszómák megkettőzésén alapul. Például a 10 kromoszómát (n = 10) tartalmazó haploid növényeket kukorica pollenszemekből termesztik, majd a kromoszómákat megduplázzák, hogy diploid (n = 20), teljesen homozigóta növényeket hozzunk létre 6-8 év helyett mindössze 2-3 év alatt. beltenyésztés. Ez magában foglalja a poliploid növények kinyerésének módszerét is.

1. dia

Mikroorganizmusok kiválasztása Biotechnológia

2. dia

3. dia

4. dia

5. dia

Biotechnológia

Élő szervezetek és biológiai folyamataik felhasználása az ember számára szükséges anyagok előállításában. A biotechnológia tárgyai a baktériumok, gombák, növényi és állati szövetek sejtjei. Táptalajokon, speciális bioreaktorokban termesztik.

6. dia

Felhasználási területek

7. dia

A mikroorganizmusok, növények és állatok szelekciójának legújabb módszerei a sejt-, kromoszóma- és génsebészet.

8. dia

Génmanipuláció

A génsebészet olyan technikák összessége, amelyek lehetővé teszik a kívánt gén izolálását egy szervezet genomjából, és egy másik szervezet genomjába történő bejuttatását. Azokat a növényeket és állatokat, amelyek genomjába „idegen” gének kerültek be, transzgenikusnak, a baktériumokat és gombákat pedig transzformáltnak nevezzük. A géntechnológia hagyományos célpontja az Escherichia coli, egy baktérium, amely az emberi bélben él. Segítségével nyerik a növekedési hormont - a szomatotropint, az inzulin hormont, amelyet korábban a tehenek és sertések hasnyálmirigyéből nyertek, valamint az interferon fehérjét, amely segít megbirkózni a vírusfertőzéssel.

9. dia

A transzformált baktériumok létrehozásának folyamata a következő lépéseket tartalmazza:

A korlátozás a kívánt gének „kivágása”. Ezt speciális „genetikai ollóval”, restrikciós enzimekkel hajtják végre. Vektor létrehozása - egy speciális genetikai konstrukció, amelyben a kívánt gént egy másik sejt genomjába vezetik be. A vektor létrehozásának alapja a plazmidok. A gént egy másik enzimcsoport - ligázok - segítségével fuzionálják a plazmidba. A vektornak tartalmaznia kell mindent, ami e gén működésének szabályozásához szükséges - promótert, terminátort, operátorgént és szabályozó gént, valamint markergéneket, amelyek olyan új tulajdonságokat adnak a befogadó sejtnek, amelyek lehetővé teszik ennek a sejtnek az eredeti sejtektől való megkülönböztetését. A transzformáció egy vektor bejuttatása egy baktériumba. A szűrés azon baktériumok kiválasztása, amelyekben a bejuttatott gének sikeresen működnek. Transzformált baktériumok klónozása.

10. dia

Rekombináns plazmidok képzése: 1 - sejt az eredeti plazmiddal 2 - izolált plazmid 3 - vektor létrehozása 4 - rekombináns plazmid (vektor) 5 - sejt rekombináns plazmiddal

11. dia

12. dia

Kromoszóma tervezés

A kromoszómatechnológia olyan technikák összessége, amelyek lehetővé teszik a kromoszómák manipulálását. A módszerek egyik csoportja azon alapul, hogy a növényi szervezet genotípusába idegen homológ kromoszómapárt juttatnak be, amelyek szabályozzák a kívánt tulajdonságok kialakulását (kibővített vonalak), vagy egy homológ kromoszómapár helyettesítését egy másikkal (cserélt vonalak). ). Az így kapott helyettesített és kiegészített vonalakban olyan tulajdonságokat gyűjtenek, amelyek közelebb hozzák a növényeket az „ideális fajtához”.

13. dia

14. dia

Sejtmérnökség

A sejttechnológia egy új típusú sejtek felépítése, amelyek tenyésztésükön, hibridizációjukon és rekonstrukciójukon alapulnak. A növények és állatok sejtjei az élethez szükséges összes anyagot tartalmazó tápközegbe helyezve képesek osztódni, sejtkultúrákat képezni. A növényi sejteknek a totipotencia tulajdonsága is van, vagyis bizonyos feltételek mellett képesek teljes értékű növényt alkotni. Ezért lehetséges a növények kémcsövekben történő szaporítása úgy, hogy a sejteket meghatározott tápközegbe helyezik. Ez különösen igaz a ritka vagy értékes növényekre.

15. dia

A sejtkultúrák segítségével értékes biológiailag aktív anyagokhoz lehet jutni (ginzeng sejtkultúra). A hibridsejtek megszerzése és vizsgálata számos elméleti biológia kérdés megoldását teszi lehetővé (sejtdifferenciálódási mechanizmusok, sejtszaporodás stb.). A különböző fajokhoz (burgonya és paradicsom, alma és cseresznye stb.) tartozó szomatikus sejtek protoplasztjainak fúziója eredményeként nyert sejtek képezik az alapját az új növényi formák létrehozásának. A biotechnológiában a hibridómákat, a limfociták és a ráksejtek hibridjét használják monoklonális antitestek előállítására. A hibridómák antitesteket termelnek, mint a limfociták, és korlátlanul képesek szaporodni a tenyészetben, mint a rákos sejtek.

16. dia

A szomatikus sejtmagok petesejtbe történő átültetésének módszere lehetővé teszi az állat genetikai másolatának megszerzését, vagyis lehetővé teszi az állatok klónozását. Jelenleg klónozott békák kerültek elő, és az emlősök klónozásának első eredményei is megszülettek.

SGBOU PA

"Szevasztopoli Orvosi Főiskola

Zsenya Derjugina nevéhez fűződik"

A mikroorganizmusok kiválasztása. Biotechnológia

Tanár Smirnova Z.M.

A mikroorganizmusok kiválasztása

A mikroorganizmusok (baktériumok, kékalgák és gombák) szelektálását produktív törzsek előállítása, majd ipari, mezőgazdasági és orvosi felhasználása érdekében végzik.

Szűrd le- hasonló örökletes jellemzőkkel és bizonyos tulajdonságokkal jellemezhető mikroorganizmusok populációja, amelyet mesterséges szelekció eredményeként nyertek.

A mikroorganizmusok kiválasztásának módszerei

Mesterséges

Leleplező

kiválasztás:

termelő

növekedési ütem szerint;
termelékenység szerint;
szín szerint stb.

törzs

Indukált

(mesterséges)

mutagenezis

A mikroorganizmusok jellemzői

A bakteriális genom haploid, már az első generációban megjelennek a mutációk.

A baktériumok genetikai apparátusát egy képviseli

kromoszóma (1n) - egy óriási, kör alakú DNS-molekula és kis kör alakú DNS-molekulák – plazmidok.

A nagyon magas reprodukciós arány biztosítja, hogy korlátlan mennyiségű anyaggal dolgozhassunk.

Plazmidok

Nukleoid genoforral

Mikrobiológiai szintézis

A mikrobiológiai szintézis ipari módszer kémiai vegyületek és termékek (például fehérjék, antibiotikumok, vitaminok), amelyet a mikrobiális sejtek létfontosságú tevékenysége miatt végeznek.

A mikroorganizmusok fontos fehérjeforrásként szolgálnak, amelyet 10-100 ezerszer gyorsabban szintetizálnak, mint az állatok.

Tehát egy 400 kilogrammos tehén 400 gramm fehérjét termel naponta, 400 kilogramm baktérium pedig 40 ezer tonnát.

Kiválasztási eredmények

mikroorganizmusok

Kiválasztási eredmények

mikroorganizmusok

A penicillium gombatörzsek termelékenysége megnőtt

1000 alkalommal.

Mikrobiológiai szintézis segítségével antibiotikumokat, aminosavakat, fehérjéket, hormonokat, enzimeket, vitaminokat és még sok mást nyernek.
Mikrobiológiai ipari termékeket használnak

sütésben, sörfőzésben, borkészítésben, főzésben sok tejtermékek.

A mikroorganizmusokat a szennyvíz biológiai tisztítására és a talajminőség javítására használják.
Módszereket dolgoztak ki mangán, réz, króm kinyerésére régi bányák lerakóinak baktériumok felhasználásával történő fejlesztése során, ahol a hagyományos extrakciós módszerek gazdaságilag nem életképesek.

Biotechnológia

A biotechnológia emberi termékek és anyagok előállítása élő szervezetek, tenyésztett sejtek és biológiai folyamatok felhasználásával.

Biotechnológiai módszerek

Kromoszóma tervezés

Sejtmérnökség

Génmanipuláció

Mikrobiológiai szintézis

(kiválasztás

mikroorganizmusok)

A biotechnológia fejlesztése a lakosság élelmiszerrel, ásványi erőforrásokkal és energiával (biogáz) való ellátásával, a környezetvédelemmel (biológiai víztisztítás) stb.

Biotechnológia

Biotechnológiai objektumok:

vírusok,
baktériumok,

gomba,
növények, állatok és emberek sejtjei és szövetei.

Tápközegen termesztik bioreaktor-fermentorokban.

Génmanipuláció

A génsebészet olyan technikák összessége, amelyek lehetővé teszik a kívánt gén izolálását egy szervezet genomjából és bejuttatását.

egy másik szervezet genomjába.

Két irányt sikeresen megvalósítanak:

Természetes gének transzplantációja baktériumok vagy gombák DNS-ébe;

Mesterségesen létrehozott, meghatározott információt hordozó gének beágyazása plazmidokba.

Jelenleg a biotechnológia fő tárgyai a prokarióták.

Génmanipuláció

Azokat a növényeket és állatokat, amelyek genomjába „idegen” gének kerültek be, transzgenikusnak nevezzük.

baktériumok és gombák – átalakultak ,

A transzdukció egy gén átvitele egyik baktériumból a másikba bakteriofágok segítségével.

A géntechnológia klasszikus célpontja az Escherichia coli.

Génmanipuláció

A transzformált baktériumok létrehozásának folyamata a következő lépéseket tartalmazza:

Korlátozás – a szükséges gének „kivágása”. től vezényelték

speciális „genetikai olló”, enzimek segítségével –

restrikciós enzim

2. Vektor létrehozása– egy speciális genetikai konstrukció, amelyben a kívánt gént egy másik sejt genomjába juttatják be.

A gént egy vektorba – egy plazmidba – „varrják”, amelynek segítségével a gént bejuttatják a baktériumba. A „bekapcsolás” egy másik enzimcsoport – ligázok – segítségével történik.

3. Átalakulás – a vektor bejuttatása a baktériumba.

4. Szűrés – azon baktériumok kiválasztása, amelyekben a bejuttatott gének sikeresen működnek.

5. Klónozás transzformált baktériumok.

Az átalakult baktériumok létrehozásának folyamata

Mesterséges DNS-primer komplementer DNS (cDNS) szintéziséhez

Az mRNS izolálása

A szükséges fehérjét termelő sejtek

mRNS

Korlátozás

Hibridizáció

cDNS szintézis

DNS-RNS hibrid

Egyszálú cDNS

RNS eltávolítás

A második szál cDNS szintézise

Extrakromoszómális DNS (plazmid)

Plazmid vágás

Kétszálú cDNS – a szükséges fehérje génje

Keresztkötés DNS-ligázzal

Baktériumok

Klónozás

Baktériumok telepei

Rekombináns plazmid

Beágyazás

egy baktériumba

A szükséges kiválasztása

mókus

átalakítás

(vektor)

Az átalakult baktériumok létrehozásának folyamata:

Eukarióta sejtekből, például humán hasnyálmirigysejtekből izolálják a kívánt gén mRNS-termékét, és a reverz transzkriptáz (revertáz) enzim segítségével - egy RNS-tartalmú vírusokban található enzim - egy komplementer DNS-szálat szintetizálnak.

Hibrid DNS-RNS molekula képződik.
Az mRNS-t hidrolízissel távolítják el.
A fennmaradó DNS-szálat DNS-polimeráz segítségével replikáljuk.
Az így létrejövő DNS kettős hélix csak átíródott a gén részei, és nem tartalmaz intronokat. Ezt komplementer DNS-nek hívják (cDNS)
Létrehozása vektor - egy genetikai konstrukciót tartalmazó a megcélzott gént beépítik egy másik sejt genomjába. Az alapja A vektort létrehozó plazmidok.

A gént ligáznak nevezett enzimek segítségével építik be egy plazmidba.
A transzformáció egy vektor (plazmid) bevitele egy baktériumba.
A bakteriális sejtek képessé válnak a kívánt gén által kódolt fehérjék szintetizálására.

A géntechnológia eredményei

Több mint 350 gyógyszer és vakcina felhasználásával fejlesztették ki

a biotechnológiákat széles körben használják az orvostudományban, például:

- szomatotropin – növekedési hormon, a törpeség kezelésében használatos;

- Az inzulin egy hasnyálmirigyhormon, amelyet a kezelésre használnak

diabetes mellitus;

- az interferon egy vírusellenes gyógyszer, amelyet kezelésére használnak

a rák bizonyos formái;

Genetikailag módosított növények létrehozása. A GMO növények között a vezető a szójabab – olcsó olaj- és fehérjeforrás;

- a nitrogénkötő gént átvitték az értékes mezőgazdasági növények genotípusába;

Rovarokkal szembeni rezisztenciát hordozó bt gént tartalmazó transzgenikus növények előállítása

A Bacillus thuringiensis baktérium endotoxint termel, amely mérgező a rovarokra és ártalmatlan az emlősökre.

Ezt egy baktériumból izolálták

gént, és bejuttattuk egy plazmidba talajbaktériumok Agrobacterium tumefaciens.

Ez a baktérium volt fertőzött növényi szövet,

tápanyagon termesztik

környezet.

Agrobaktériumok felhasználásával létrehozott transzgénikus növények

Kétszikű növények:

nadálytő (burgonya, paradicsom), hüvelyesek (szójabab), keresztes virágú zöldségek

(káposzta, retek, repce) stb.

Egyszikűek:

gabonafélék,

banán

Az első transzgénikus termék (paradicsom) 1994-ben jelent meg a piacon.

Ma a világon több mint 150 fajta GM-növényt hagynak jóvá

az ipari termeléshez.

A genetikai módosítás eredménye:

Herbicid rezisztencia;
Betegségekkel és kártevőkkel szembeni ellenállás;
Változások a növény morfológiájában;
A gyümölcsök méretének, alakjának és számának változása;
A fotoszintézis hatékonyságának növelése;
Ellenállás az éghajlati tényezőkkel és a talaj sótartalmával szemben.

Kromoszóma tervezés

A kromoszómatechnológia olyan technikák összessége, amelyek lehetővé teszik a kromoszómák manipulálását.

A módszerek egyik csoportja azon alapul, hogy egy növényi szervezet genotípusába idegen homológ kromoszómapárt juttatnak be, amelyek szabályozzák a kívánt tulajdonságok kialakulását ( bővített vonalak ),

vagy egy pár homológ kromoszóma helyettesítése egy másikkal ( sorokat cseréltek ).

Az így kapott helyettesített és kiegészített vonalakban olyan tulajdonságokat gyűjtenek, amelyek közelebb hozzák a növényeket az „ideális fajtához”.

Kromoszóma tervezés.

Haploid módszer

haploid növények termesztésén alapul, amit kromoszómakettőzés követ.

Például a 10 kromoszómát tartalmazó haploid növényeket kukorica pollenszemekből termesztik ( n = 10), akkor a kromoszómák megduplázódnak, és diploidokat kapunk ( n = 20), teljesen homozigóta növények 6-8 éves beltenyésztés helyett mindössze 2-3 év alatt.

Ez magában foglalja a poliploid növények kinyerésének módszerét is.

Sejtmérnökség

A sejttechnológia egy új típusú sejtek felépítése, amelyek tenyésztésükön, hibridizációjukon és rekonstrukciójukon alapulnak.

Sejtmérnöki módszerek

termesztés –

Klónozás (rekonstrukció) – az egyes sejtszervecskék, sejtmag, citoplazma szomatikus sejtbe történő bejuttatásának módszerei (részleges hibridizáció)

sejtek, szövetek, kis szervek vagy azok részeinek speciális tápközegben való tartósításának (in vitro) és termesztésének módszere

hibridizáció – módszer nem rokon és filogenetikailag távoli fajok szomatikus sejtjeiből származó hibridek előállítására

Termesztés

Sejt- és szövettenyésztési módszer - szervek, szövetek vagy egyes sejtdarabok termesztése a testen kívül mesterséges körülmények között;

A növények sejtekből történő termesztésének szakaszai:

A sejtek elkülönítése egymástól és tápközegbe helyezése.
A sejtek intenzív szaporodása és fejlődése, valamint a kallusz megjelenése.
A kallusz másik táptalajra helyezése és hajtás kialakítása.
Új hajtás átültetése a talajba.

Például a ginzeng termesztése mesterséges körülmények között 6 hétig tart, ültetvényeken 6 évig, természetes környezetben 50 évig.

Hibridizáció

Szelektív táptalajra vetés, amelyen csak akkor tud túlélni, ha rendelkezik egy bizonyos emberi génnel (például A gén)

egyesülés

Emberi sejt

Egérketrec

A hibrid sejtben a sejtosztódás során egy kivételével minden emberi kromoszóma elvész (például 17. sz.)

A sejtek túlélték, ami a gént jelenti A a kromoszómán fekszik 17

Hibrid sejt (heterokaryon)

Szomatikus sejt hibridizációs módszer

Bizonyos körülmények között két különböző cella egyesül

az egyesült sejtek mindkét genomját tartalmazó hibridbe.

Hibridek a tumorsejtek és a limfociták között (hibridómák)

korlátlanul képesek osztani (azaz „halhatatlanok”), mint pl

rákos sejteket, és a limfocitákhoz hasonlóan antitesteket is termelhetnek.

Az ilyen antitesteket terápiás és diagnosztikai célokra használják.

Klónozási (rekonstrukciós) séma

Klónozás - precíz bármilyen tárgy reprodukálása. A klónozás eredményeként kapott objektumokat klónoknak nevezzük (lásd Állattenyésztés).

Olvassa el is