Selezione dei microrganismi. Microrganismi Batteri, funghi microscopici, protozoi. Presentazione "nozioni di base sulla selezione di piante, animali, microrganismi" Presentazione sull'argomento principali direzioni di selezione dei microrganismi

SCOPERTE NEL CAMPO DELLA BIOLOGIA NELL'ERA DI STR

introduzione
Stato attuale delle biotecnologie
La biotecnologia e il suo ruolo nelle attività umane pratiche
Biotecnologie nella produzione agricola

Metodo della coltura dei tessuti

Clonazione

Nuove scoperte nel campo della medicina

Ingegneria genetica

Prodotti transgenici: pro e contro
Alimenti geneticamente modificati

Conseguenze dello sviluppo delle biotecnologie nell'era della rivoluzione scientifica e tecnologica

introduzione

La biotecnologia è l'uso industriale di processi e sistemi biologici basati sulla coltivazione di forme altamente efficaci di microrganismi, colture di cellule e tessuti di piante e animali con proprietà necessarie per l'uomo. Alcuni processi biotecnologici (panificazione, vinificazione) sono conosciuti fin dall'antichità. Ma la biotecnologia ha raggiunto il suo massimo successo nella seconda metà del XX secolo e sta diventando sempre più importante per la civiltà umana.

Stato attuale delle biotecnologie

Sin dai tempi antichi, è noto che singoli processi biotecnologici vengono utilizzati in aree di pratica attività umana. Questi includono la panificazione, la vinificazione, la produzione della birra, la preparazione di prodotti a base di latte fermentato, ecc. I nostri antenati non avevano idea dell'essenza dei processi alla base di tali tecnologie, ma nel corso di migliaia di anni, usando tentativi ed errori, li hanno migliorati. L'essenza biologica di questi processi fu rivelata solo nel XIX secolo. grazie alle scoperte scientifiche di L. Pasteur. Il suo lavoro è servito come base per lo sviluppo della produzione utilizzando vari tipi di microrganismi. Nella prima metà del 20 ° secolo. i processi microbiologici iniziarono ad essere utilizzati per la produzione industriale di acetone e butanolo, antibiotici, acidi organici, vitamine e proteine alimentari.
Progressi raggiunti nella seconda metà del XX secolo. nel campo della citologia, della biochimica, della biologia molecolare e della genetica, ha creato i prerequisiti per il controllo dei meccanismi elementari della vita cellulare, che hanno contribuito al rapido sviluppo della biotecnologia. Grazie alla selezione di ceppi di microrganismi altamente produttivi, l'efficienza dei processi biotecnologici è aumentata di decine e centinaia di volte.

La biotecnologia e il suo ruolo nelle attività umane pratiche

La particolarità della biotecnologia è che combina le conquiste più avanzate del progresso scientifico e tecnologico con l'esperienza accumulata del passato, espressa nell'uso di fonti naturali per creare prodotti utili all'uomo. Qualsiasi processo biotecnologico comprende una serie di fasi: preparazione dell'oggetto, sua coltivazione, isolamento, purificazione, modifica e utilizzo dei prodotti risultanti. Le molteplici fasi e la complessità del processo richiedono il coinvolgimento di una varietà di specialisti nella sua implementazione: genetisti e biologi molecolari, citologi, biochimici, virologi, microbiologi e fisiologi, ingegneri di processo e progettisti di apparecchiature biotecnologiche.

Biotecnologie nella produzione agricola

Metodo della coltura dei tessuti

Biotecnologie nella zootecnia

Negli ultimi anni c'è stato un crescente interesse per i lombrichi come fonte di proteine animali per bilanciare la dieta alimentare di animali, uccelli, pesci, animali da pelliccia, nonché come integratore proteico con proprietà terapeutiche e profilattiche.
Per aumentare la produttività degli animali è necessario un mangime completo. L'industria microbiologica produce proteine per mangimi basate su vari microrganismi: batteri, funghi, lieviti, alghe. Come hanno dimostrato i test industriali, la biomassa ricca di proteine degli organismi unicellulari viene assorbita con alta efficienza dagli animali da allevamento. Pertanto, 1 tonnellata di lievito per mangimi consente di risparmiare 5-7 tonnellate di grano. Ciò è significativo perché l’80% dei terreni agricoli mondiali sono dedicati alla produzione di mangimi per bestiame e pollame.

Clonazione

La clonazione della pecora Dolly nel 1996 da parte di Ian Wilmut e dei suoi colleghi del Roslin Institute di Edimburgo ha suscitato scalpore in tutto il mondo. Dolly è stata concepita dalla ghiandola mammaria di una pecora morta da tempo e le sue cellule sono state conservate in azoto liquido. La tecnica con cui è stata creata Dolly è nota come trasferimento nucleare, il che significa che il nucleo di un ovulo non fecondato viene rimosso e al suo posto viene posto il nucleo di una cellula somatica. Delle 277 uova trapiantate con nucleo nucleare, solo una si è sviluppata in un animale relativamente sano. Questo metodo di riproduzione è "asessuato" perché non richiede che uno di ciascun sesso crei un bambino. Il successo di Wilmut divenne una sensazione internazionale.
Nel dicembre 1998 si venne a conoscenza di tentativi riusciti di clonare bovini, quando i giapponesi I. Kato, T. Tani et al. è riuscito a ottenere 8 vitelli sani dopo aver trasferito 10 embrioni ricostruiti nell'utero delle mucche riceventi.

Diapositiva n. 10

Nuove scoperte
nel campo della medicina I successi della biotecnologia trovano largo impiego soprattutto in medicina. Attualmente, antibiotici, enzimi, aminoacidi e ormoni vengono prodotti utilizzando la biosintesi.
Ad esempio, gli ormoni venivano generalmente ottenuti da organi e tessuti animali. Anche per ottenere una piccola quantità di medicinale era necessario molto materiale di partenza. Di conseguenza, era difficile ottenere la quantità necessaria del farmaco ed era molto costoso.
Pertanto, l’insulina, un ormone del pancreas, è il trattamento principale per il diabete mellito. Questo ormone deve essere somministrato costantemente ai pazienti. Produrlo dal pancreas di un maiale o di un bovino è difficile e costoso. Inoltre, le molecole di insulina animale differiscono da quelle umane, che spesso causano reazioni allergiche, soprattutto nei bambini. Attualmente è stata stabilita la produzione biochimica dell'insulina umana. È stato ottenuto un gene che sintetizza l'insulina. Utilizzando l'ingegneria genetica, questo gene è stato introdotto in una cellula batterica, che di conseguenza ha acquisito la capacità di sintetizzare l'insulina umana.
Oltre all'ottenimento di agenti terapeutici, la biotecnologia consente la diagnosi precoce di malattie infettive e neoplasie maligne basandosi sull'utilizzo di preparati antigenici e campioni di DNA/RNA.
Con l'aiuto di nuovi preparati vaccinali è possibile prevenire le malattie infettive.

Diapositiva n. 11

Metodo con cellule staminali: cura o paralizza?

Gli scienziati giapponesi guidati dal professor Shinya Yamanaka dell'Università di Kyoto hanno isolato per la prima volta le cellule staminali dalla pelle umana, avendo precedentemente introdotto in esse una serie di determinati geni. Secondo loro, ciò potrà rappresentare un'alternativa alla clonazione e consentirà di creare farmaci paragonabili a quelli ottenuti dalla clonazione di embrioni umani. Gli scienziati americani ottennero quasi contemporaneamente risultati simili. Ma questo non significa che tra pochi mesi sarà possibile abbandonare completamente la clonazione degli embrioni e ripristinare la funzionalità dell’organismo utilizzando le cellule staminali ottenute dalla pelle del paziente.
In primo luogo, gli specialisti dovranno assicurarsi che le cellule tavola “della pelle” siano effettivamente multifunzionali come sembrano, che possano essere impiantate in vari organi senza timore per la salute del paziente e che funzionino. La preoccupazione principale è che tali cellule rappresentano un rischio per lo sviluppo del cancro. Perché il pericolo principale delle cellule staminali embrionali è che sono geneticamente instabili e hanno la capacità di svilupparsi in alcuni tumori dopo il trapianto nell'organismo.

Diapositiva n. 12

Ingegneria genetica

Le tecniche di ingegneria genetica consentono di isolare il gene necessario e di introdurlo in un nuovo ambiente genetico per creare un organismo con caratteristiche nuove e predeterminate.
I metodi di ingegneria genetica rimangono molto complessi e costosi. Ma già adesso, con il loro aiuto, l’industria produce farmaci importanti come l’interferone, l’ormone della crescita, l’insulina, ecc.
La selezione dei microrganismi è l'area più importante della biotecnologia.
Lo sviluppo della bionica consente di applicare efficacemente metodi biologici per risolvere problemi di ingegneria e di utilizzare l'esperienza della natura vivente in vari campi della tecnologia.

Diapositiva n. 13

Prodotti transgenici:
pro e contro Diverse decine di piante transgeniche commestibili sono già state registrate in tutto il mondo. Si tratta di varietà di soia, riso e barbabietola da zucchero resistenti agli erbicidi; mais resistente agli erbicidi e ai parassiti; patate resistenti allo scarabeo della patata del Colorado; zucchine, quasi senza semi; pomodori, banane e meloni con conservabilità prolungata; colza e soia con composizione modificata di acidi grassi; riso ad alto contenuto di vitamina A.
Fonti geneticamente modificate si trovano in salsicce, wurstel, carne in scatola, gnocchi, formaggio, yogurt, alimenti per bambini, cereali, cioccolato e gelati.

Diapositiva n. 14

Alimenti geneticamente modificati

Elenco dei prodotti che possono contenere prodotti geneticamente modificati: riboflavine E 101, E 101A, caramello E 150, xantano E 415, lecitina E 322, E 153, E160d, E 161c, E 308q, E 471, E 472f, E 473, 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.
Prodotti geneticamente modificati: cioccolato Fruit Nut, Kit-kat, Milky Way, Twix; bevande: Nesquik, Coca-Cola, Sprite, Pepsi, patatine Pringles, yogurt Danon.
I prodotti geneticamente modificati sono prodotti dalle seguenti società: Novartis, Monsanto - il nuovo nome della società Pharmacia, che comprende Coca-Cola, nonché Nestlé, Danone, Hentz, Hipp, Uniliver ( Uniliver), United Biscuits, ristoranti McDonald's.
Non c'è un solo fatto registrato nel mondo che una pianta transgenica abbia causato danni agli esseri umani. Ma non dovresti abbassare la guardia. Non è stato ancora chiarito se queste piante influenzeranno la prole o inquineranno l'ambiente.

Diapositiva n. 15

Prospettive per lo sviluppo delle biotecnologie

Il metodo di propagazione vegetativa delle piante agricole mediante coltura tissutale viene sempre più utilizzato a livello industriale. Permette non solo di propagare rapidamente nuove varietà vegetali promettenti, ma anche di ottenere materiale di piantagione esente da virus.
La biotecnologia consente di ottenere carburanti rispettosi dell’ambiente attraverso il biotrattamento di rifiuti industriali e agricoli. Ad esempio, sono stati creati impianti che utilizzano batteri per trattare il letame e altri rifiuti organici. Da 1 tonnellata di letame si ottengono fino a 500 m3 di biogas, che equivalgono a 350 litri di benzina, mentre migliora la qualità del letame come fertilizzante.
Gli sviluppi biotecnologici sono sempre più utilizzati nell’estrazione e nella lavorazione dei minerali.

Ripeti il materiale e verifica la conoscenza degli studenti sull'argomento "selezione degli animali"
Formare negli studenti un'idea dei metodi di base del lavoro di allevamento con i microrganismi.
Insegnare come dimostrare l'importanza del metodo della mutagenesi artificiale per il processo di allevamento di nuovi ceppi di microrganismi.
Introdurre i principali settori delle biotecnologie.
Convincere gli studenti che la biotecnologia è una combinazione armoniosa di moderne conoscenze scientifiche e attività pratiche volte a risolvere in modo ottimale problemi e compiti economici nazionali.
Continuare lo sviluppo dell'interesse cognitivo tra gli studenti delle scuole superiori nello studio dei problemi della selezione moderna.

Durante le lezioni:

IO. Organizzare il tempo

II. Aggiornamento delle conoscenze di riferimento

III. Imparare un nuovo argomento

IV. Rafforzare il materiale appreso

V. Compiti a casa

METODI BASE DI SELEZIONE DEGLI ANIMALI

ibridazione

NON CORRELATO

INDIVIDUALE

MASSA

IMPARENTATO

INTRABREED

INTERRAZZATURA

IBRIDAZIONE A DISTANZA

Con quale metodo di selezione sono stati ottenuti questi animali?
Da quali segni sono caratterizzati?
Qual è lo svantaggio di questi ibridi?

Bardotto = asino x stallone
Bester = beluga x sterlet
Mulo = cavalla x asino
Honorik = furetto x visone
Arharomerinos = argali x pecora
Ligre = leone+tigre
Tacchino = tacchino + anatra
Kama = lama + cammello
Zebroide = zebra + pony (cavallo, asino)

CHI È L'antenato delle varie razze bovine?
NOME DELLE RAZZE DI MUCCHE NELLA NOSTRA REPUBBLICA?

CHI È L'antenato delle varie razze di cavalli?
NOMINARE LE RAZZE DI CAVALLO NELLA NOSTRA REPUBBLICA?

CHI È L'antenato delle varie razze suine?
NOME DELLE RAZZE DI SUINI NELLA NOSTRA REPUBBLICA?

CHI È L'antenato delle varie razze ovine?
NOMINARE LE RAZZE DI SUINI NELLA NOSTRA REPUBBLICA

NOMINARE GLI ANTENATI DELLE RAZZE DI QUESTI ANIMALI?
NOMINARE LE RAZZE NELLA NOSTRA REPUBBLICA?

15. Tacchini

17. Struzzi

Mucche
cervo
Maiali
bufali
Cavalli
Conigli
Nutrium

Leggi il testo e segnala gli errori

Nel 1973 N.I. Vavilov, utilizzando il metodo dell'autoimpollinazione, sviluppò una varietà di pecore a lana fine, dalla quale l'accademico Tsitsin creò in seguito una linea pura utilizzando il metodo dell'eterosi.

La dimensione della popolazione di qualsiasi specie di organismo vivente rimane approssimativamente allo stesso livello perché è soggetta a fattori limitanti.

Fattori

Dispositivo

Risorse alimentari

Allevamento di animali e piante agricole, produzione di conserve alimentari e altri prodotti alimentari

Risorse territoriali

Costruzione di edifici multipiano

Farmaci, vaccini, chirurgia

Condizioni climatiche

Abbigliamento stagionale, ambiente riscaldato

Controllo delle nascite

Strumenti speciali e altre funzionalità

RADDOPPIA IL NUMERO DI PERSONE PER ERA:

Paleolitico

Nuovo Paleolitico

per 170.000 anni

Caccia e raccolta

per 15.000 anni

Dopo l'inizio della nostra era

Dal 1830

Addomesticamento

Allevamento

Selezione

Nel 1980 sulla Terra c’erano 4,5 miliardi di persone, dalle quali nascono ogni anno 80 milioni di bambini.

Attualmente ci sono 6 miliardi di persone sul pianeta.

La Terra non nutrirà 10 miliardi di persone e si porrà la questione della regolamentazione della popolazione!

Per evitare che ciò accada, è necessario soddisfare il crescente bisogno di cibo delle persone.

La scienza dell'utilizzo degli organismi viventi, delle loro caratteristiche biologiche, nonché dei processi vitali nella produzione di sostanze necessarie per l'uomo

I microrganismi sono un gruppo di organismi unicellulari procarioti ed eucariotici.

La scienza che studia i microrganismi è la microbiologia.

Microrganismi

Batteri

Protozoi

Alghe blu verdi

I microrganismi sono minuscoli organismi che possono essere visti solo al microscopio.

1 FUNGHI - seborrea, tigna, tigna
2 PROTOZOI - dissenteria, toxoplasmosi, tricomoniasi, giardiasi, malaria, tricomoniasi, ecc.
BATTERI - botulismo, antrace, tubercolosi, colera, difterite, tifo, peste, sifilide, tetano, ecc.
VIRUS - influenza, epatite, AIDS, encefalite, febbre gialla, vaiolo, morbillo, rabbia, paleomelite, infezioni respiratorie acute, afta epizootica, ecc.

Caratteristiche dei microrganismi

1. Onnipresente

2. Alti tassi di crescita e riproduzione

3. Elevato grado di sopravvivenza in condizioni inadatte alla vita di altri organismi (t = 70-105 C, radiazioni, NaCl = 25-30%, essiccazione, mancanza di ossigeno, t = (-), ecc.

4. Metodi di nutrizione: autotrofi (foto e chemio), eterotrofi (decompongono tutti i tipi di sostanze organiche, composti innaturali, nitrati, idrogeno solforato e altre sostanze tossiche)

5. Produttività incredibile. Ad esempio: una mucca che pesa 500 kg. al giorno forma 0,5 kg. proteine, e 500 kg di piante di soia producono 5 kg nello stesso periodo. proteine, la stessa massa di lievito è in grado di produrre 50 tonnellate di proteine al giorno in un bioreattore, ovvero 100 volte maggiore della loro stessa massa e pari alla massa di 5 elefanti adulti).

6. L'estrema adattabilità dei microbi consente di selezionarli facilmente e rapidamente. Ci vogliono centinaia di anni per allevare una razza animale o una varietà vegetale, ma per allevare un ceppo di microrganismi ci vogliono diversi anni.

Utilizzo di microrganismi

Ottenere vaccini sintetici

Sviluppo di nuovi metodi di lavorazione e conservazione degli alimenti utilizzando microrganismi

Produzione di proteine alimentari

Per animali domestici

Ottenere acidi organici, utilizzare enzimi nei detergenti, creare adesivi, fibre, agenti gelatinizzanti, addensanti, aromi, ecc.

Rimozione dei composti contenenti zolfo dal carbone

Lisciviazione del minerale

Utilizzo di microrganismi nell'industria petrolifera

L'uso di preparati enzimatici per migliorare la diagnostica, creare nuovi farmaci e agenti terapeutici. Sintesi microbiologica di enzimi, antibiotici, interferone, ormoni (insulina, somatotropina, ecc.)

Miglioramento dei metodi per il trattamento dei rifiuti industriali e domestici

Utilizzo della tecnologia cellulare in agricoltura

Ottenere fertilizzanti batterici

Caratteristiche della selezione dei microrganismi

L'allevatore ha una quantità illimitata di materiale con cui lavorare: in pochi giorni, miliardi di cellule possono essere coltivate in piastre Petri o provette su terreni nutritivi;

Utilizzo più efficiente del processo di mutazione, poiché il genoma dei microrganismi è aploide, il che rende possibile identificare eventuali mutazioni già nella prima generazione;

Semplicità dell'organizzazione genetica dei batteri: un numero significativamente inferiore di geni, la loro regolazione genetica è più semplice, le interazioni genetiche sono semplici o assenti.

Selezione dei microrganismi

Metodi tradizionali

Metodi più recenti

Artificiale

mutagenesi

Selezione per produttività

Ingegneria genetica

Basato sull'isolamento del gene desiderato dal genoma di un organismo e sulla sua introduzione nel genoma di un altro

Sintesi di geni artificiali e introduzione nel genoma batterico

La mutagenesi sperimentale è l'effetto sul corpo di vari

mutageni, al fine di produrre mutazioni (sostanze chimiche e radiazioni)

Per esempio:

Un ceppo del fungo penicillium ha aumentato la sua produttività di 1000 volte.
Il ceppo che produce l'amminoacido è 300 volte.

Ma le possibilità della selezione tradizionale sono limitate.

I progressi nelle scienze come la biologia molecolare e la genetica nello studio dei microrganismi, nonché le crescenti esigenze di utilizzo pratico dei prodotti microbici, hanno portato alla creazione di nuovi metodi per la produzione mirata e controllata di microrganismi con le proprietà desiderate

Studia il testo del paragrafo.
Componi una parola cinese utilizzando i termini dei paragrafi 34 - 37.

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La selezione tradizionale dei microrganismi (principalmente batteri e funghi) si basa sulla mutagenesi sperimentale e sulla selezione dei ceppi più produttivi. Ma anche qui ci sono alcune peculiarità. Il genoma batterico è aploide, eventuali mutazioni compaiono già nella prima generazione. Sebbene la probabilità che si verifichi una mutazione naturale nei microrganismi sia la stessa di tutti gli altri organismi (1 mutazione ogni milione di individui per ciascun gene), l'altissima intensità di riproduzione consente di trovare una mutazione utile per il gene di interesse il ricercatore.

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Come risultato della mutagenesi e selezione artificiale, la produttività dei ceppi di funghi penicillium è stata aumentata di oltre 1000 volte. I prodotti dell'industria microbiologica vengono utilizzati nella panificazione, nella produzione della birra, nella vinificazione e nella preparazione di molti prodotti lattiero-caseari. Con l'aiuto dell'industria microbiologica si ottengono antibiotici, aminoacidi, proteine, ormoni, vari enzimi, vitamine e molto altro.

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I microrganismi vengono utilizzati per il trattamento biologico delle acque reflue e per il miglioramento della qualità del suolo. Attualmente sono stati sviluppati metodi per la produzione di manganese, rame e cromo sviluppando vecchie discariche minerarie utilizzando batteri, dove i metodi di estrazione convenzionali non sono economicamente sostenibili.

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Biotecnologia L'uso di organismi viventi e dei loro processi biologici nella produzione di sostanze necessarie per l'uomo. Gli oggetti della biotecnologia sono batteri, funghi, cellule di tessuti vegetali e animali. Vengono coltivati su terreni nutritivi in speciali bioreattori.

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Gli ultimi metodi di selezione di microrganismi, piante e animali sono l'ingegneria cellulare, cromosomica e genetica.

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Ingegneria genetica L'ingegneria genetica è un insieme di tecniche che rendono possibile isolare il gene desiderato dal genoma di un organismo e introdurlo nel genoma di un altro organismo. Piante e animali nel cui genoma vengono introdotti geni “estranei” sono detti transgenici, batteri e funghi sono detti trasformati. Un bersaglio tradizionale dell’ingegneria genetica è l’Escherichia coli, un batterio che vive nell’intestino umano. È con il suo aiuto che si ottiene l'ormone della crescita: la somatotropina, l'ormone insulina, precedentemente ottenuto dal pancreas di mucche e maiali, e l'interferone proteico, che aiuta a far fronte all'infezione virale.

Diapositiva 9

Il processo di creazione di batteri trasformati comprende le seguenti fasi: Restrizione: "ritagliare" i geni desiderati. Viene effettuato utilizzando speciali "forbici genetiche", enzimi di restrizione. Creazione di un vettore: uno speciale costrutto genetico in cui il gene desiderato verrà introdotto nel genoma di un'altra cellula. La base per creare un vettore sono i plasmidi. Il gene viene fuso nel plasmide utilizzando un altro gruppo di enzimi: le ligasi. Il vettore deve contenere tutto il necessario per controllare il funzionamento di questo gene: un promotore, un terminatore, un gene operatore e un gene regolatore, nonché geni marcatori che conferiscono alla cellula ricevente nuove proprietà che consentono di distinguere questa cellula dalle cellule originali. La trasformazione è l'introduzione di un vettore in un batterio. Lo screening è la selezione di quei batteri in cui i geni introdotti funzionano con successo. Clonazione di batteri trasformati.

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Formazione di plasmidi ricombinanti: 1 - cellula con il plasmide originale 2 - plasmide isolato 3 - creazione di un vettore 4 - plasmide ricombinante (vettore) 5 - cellula con un plasmide ricombinante

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I geni eucariotici, a differenza dei geni procariotici, hanno una struttura a mosaico (esoni, introni). Nelle cellule batteriche non avviene alcun processo di elaborazione e la traduzione nel tempo e nello spazio non è separata dalla trascrizione. A questo proposito, è più efficace utilizzare geni sintetizzati artificialmente per il trapianto. La matrice per tale sintesi è l'mRNA. Con l'aiuto dell'enzima trascrittasi inversa, su questo mRNA viene prima sintetizzato un filamento di DNA. Quindi il secondo filamento viene completato su di esso utilizzando la DNA polimerasi.

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Ingegneria cromosomica L'ingegneria cromosomica è un insieme di tecniche che consentono la manipolazione dei cromosomi. Un gruppo di metodi si basa sull'introduzione nel genotipo di un organismo vegetale di una coppia di cromosomi omologhi estranei che controllano lo sviluppo delle caratteristiche desiderate (linee aumentate), o sulla sostituzione di una coppia di cromosomi omologhi con un'altra (linee sostituite ). Nelle linee così sostituite e integrate si raccolgono caratteri che avvicinano le piante alla “varietà ideale”.

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Il metodo aploide si basa sulla coltivazione di piante aploidi e quindi sul raddoppio dei cromosomi. Ad esempio, piante aploidi contenenti 10 cromosomi (n = 10) vengono coltivate da granelli di polline di mais, quindi i cromosomi vengono raddoppiati per produrre piante diploidi (n = 20), completamente omozigoti in soli 2-3 anni invece dei 6-8 anni di consanguineità. Ciò include anche il metodo per ottenere piante poliploidi.

Diapositiva 1

Selezione dei microrganismi Biotecnologie

Diapositiva 2

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Biotecnologia

L'uso di organismi viventi e i loro processi biologici nella produzione di sostanze necessarie per l'uomo. Gli oggetti della biotecnologia sono batteri, funghi, cellule di tessuti vegetali e animali. Vengono coltivati su terreni nutritivi in speciali bioreattori.

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Aree di utilizzo

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Gli ultimi metodi di selezione di microrganismi, piante e animali sono l'ingegneria cellulare, cromosomica e genetica.

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Ingegneria genetica

L'ingegneria genetica è un insieme di tecniche che consentono di isolare il gene desiderato dal genoma di un organismo e introdurlo nel genoma di un altro organismo. Piante e animali nel cui genoma vengono introdotti geni “estranei” sono detti transgenici, batteri e funghi sono detti trasformati. Un bersaglio tradizionale dell’ingegneria genetica è l’Escherichia coli, un batterio che vive nell’intestino umano. È con il suo aiuto che si ottiene l'ormone della crescita: la somatotropina, l'ormone insulina, precedentemente ottenuto dal pancreas di mucche e maiali, e l'interferone proteico, che aiuta a far fronte all'infezione virale.

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Il processo di creazione di batteri trasformati comprende i seguenti passaggi:

La restrizione è il “taglio” dei geni desiderati. Viene effettuato utilizzando speciali "forbici genetiche", enzimi di restrizione. Creazione di un vettore: uno speciale costrutto genetico in cui il gene desiderato verrà introdotto nel genoma di un'altra cellula. La base per creare un vettore sono i plasmidi. Il gene viene fuso nel plasmide utilizzando un altro gruppo di enzimi: le ligasi. Il vettore deve contenere tutto il necessario per controllare il funzionamento di questo gene: un promotore, un terminatore, un gene operatore e un gene regolatore, nonché geni marcatori che conferiscono alla cellula ricevente nuove proprietà che consentono di distinguere questa cellula dalle cellule originali. La trasformazione è l'introduzione di un vettore in un batterio. Lo screening è la selezione di quei batteri in cui i geni introdotti funzionano con successo. Clonazione di batteri trasformati.

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Ingegneria cromosomica

L'ingegneria cromosomica è un insieme di tecniche che consentono la manipolazione dei cromosomi. Un gruppo di metodi si basa sull'introduzione nel genotipo di un organismo vegetale di una coppia di cromosomi omologhi estranei che controllano lo sviluppo delle caratteristiche desiderate (linee aumentate), o sulla sostituzione di una coppia di cromosomi omologhi con un'altra (linee sostituite ). Nelle linee così sostituite e integrate si raccolgono caratteri che avvicinano le piante alla “varietà ideale”.

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Ingegneria cellulare

L'ingegneria cellulare è la costruzione di un nuovo tipo di cellule basato sulla loro coltivazione, ibridazione e ricostruzione. Cellule di piante e animali, poste in mezzi nutritivi contenenti tutte le sostanze necessarie alla vita, sono in grado di dividersi formando colture cellulari. Le cellule vegetali hanno anche la proprietà della totipotenza, cioè in determinate condizioni sono in grado di formare una pianta a tutti gli effetti. Pertanto, è possibile propagare le piante in provette posizionando le cellule in specifici mezzi nutritivi. Ciò è particolarmente vero per le piante rare o preziose.

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Con l'aiuto di colture cellulari è possibile ottenere preziose sostanze biologicamente attive (coltura cellulare di ginseng). L'ottenimento e lo studio delle cellule ibride consente di risolvere molte questioni di biologia teorica (meccanismi di differenziazione cellulare, riproduzione cellulare, ecc.). Le cellule ottenute a seguito della fusione di protoplasti di cellule somatiche appartenenti a specie diverse (patata e pomodoro, mela e ciliegia, ecc.) sono la base per la creazione di nuove forme di piante. In biotecnologia, gli ibridomi, un ibrido di linfociti con cellule tumorali, vengono utilizzati per produrre anticorpi monoclonali. Gli ibridomi producono anticorpi, come i linfociti, e hanno la capacità di riprodursi illimitatamente in coltura, come le cellule tumorali.

Diapositiva 16

Il metodo di trapianto dei nuclei delle cellule somatiche negli ovociti consente di ottenere una copia genetica di un animale, cioè rende possibile la clonazione degli animali. Attualmente sono state ottenute rane clonate e sono stati ottenuti i primi risultati della clonazione dei mammiferi.

SGBOU PA

"Collegio di medicina di Sebastopoli

intitolato a Zhenya Deryugina"

Selezione dei microrganismi. Biotecnologia

Insegnante Smirnova Z.M.

Selezione dei microrganismi

Viene effettuata la selezione dei microrganismi (batteri, alghe azzurre e funghi) al fine di ottenere ceppi produttivi e il loro successivo utilizzo nell'industria, nell'agricoltura e nella medicina.

Sottoporre a tensione- una popolazione di microrganismi caratterizzata da caratteristiche ereditarie simili e determinate caratteristiche, ottenute a seguito della selezione artificiale.

Metodi per la selezione dei microrganismi

Artificiale

Rivelando

selezione:

produttivo

per tasso di crescita;
dalla produttività;
per colore, ecc.

sottoporre a tensione

Indotto

(artificiale)

mutagenesi

Caratteristiche dei microrganismi

Il genoma batterico è aploide, eventuali mutazioni compaiono già nella prima generazione.

L'apparato genetico dei batteri è rappresentato da uno

cromosoma (1n) - una gigantesca molecola di DNA circolare e piccole molecole circolari di DNA - plasmidi.

L'altissimo tasso di riproduzione garantisce che ci sia una quantità illimitata di materiale con cui lavorare.

Plasmidi

Nucleoide con un genoforo

Sintesi microbiologica

La sintesi microbiologica è un metodo industriale per ottenere composti e prodotti chimici (ad esempio proteine, antibiotici, vitamine), effettuato a causa dell'attività vitale delle cellule microbiche.

I microrganismi costituiscono un’importante fonte di proteine, che sintetizzano 10-100mila volte più velocemente degli animali.

Quindi, una mucca da 400 chilogrammi produce 400 grammi di proteine al giorno e 400 chilogrammi di batteri producono 40mila tonnellate.

Risultati della selezione

microrganismi

Risultati della selezione

microrganismi

La produttività dei ceppi di funghi penicillium è stata aumentata

1000 volte.

Utilizzando la sintesi microbiologica si ottengono antibiotici, aminoacidi, proteine, ormoni, enzimi, vitamine e molto altro.
Vengono utilizzati prodotti dell'industria microbiologica

nella panificazione, nella produzione della birra, nella vinificazione, nella cucina molti latticini.

I microrganismi vengono utilizzati per il trattamento biologico delle acque reflue e per il miglioramento della qualità del suolo.
Sono stati sviluppati metodi per ottenere manganese, rame, cromo durante lo sviluppo di discariche di vecchie miniere utilizzando batteri, dove i metodi di estrazione convenzionali non sono economicamente sostenibili.

Biotecnologia

La biotecnologia è la produzione di prodotti e materiali umani utilizzando organismi viventi, cellule in coltura e processi biologici.

Metodi biotecnologici

Ingegneria cromosomica

Ingegneria cellulare

Ingegneria genetica

Sintesi microbiologica

(selezione

microrganismi)

Lo sviluppo della biotecnologia è associato alla risoluzione dei problemi di fornitura alla popolazione di cibo, risorse minerali ed energia (biogas), protezione ambientale (depurazione biologica dell'acqua), ecc.

Biotecnologia

Oggetti della biotecnologia:

virus,
batteri,

funghi,
cellule e tessuti di piante, animali ed esseri umani.

Vengono coltivati su terreni nutritivi in bioreattori-fermentatori.

Ingegneria genetica

L'ingegneria genetica è un insieme di tecniche che consente di isolare il gene desiderato dal genoma di un organismo e introdurlo

nel genoma di un altro organismo.

Due direzioni vengono implementate con successo:

Trapianto di geni naturali nel DNA di batteri o funghi;

Incorporamento di geni creati artificialmente che trasportano informazioni specifiche nei plasmidi.

Attualmente, gli oggetti principali della biotecnologia sono i procarioti.

Ingegneria genetica

Le piante e gli animali nel cui genoma vengono introdotti geni “estranei” sono detti transgenici,

batteri e funghi – trasformati ,

La trasduzione è il trasferimento di un gene da un batterio a un altro mediante batteriofagi.

Un bersaglio classico dell'ingegneria genetica è l'Escherichia coli.

Ingegneria genetica

Il processo di creazione di batteri trasformati comprende i seguenti passaggi:

Restrizione – “ritagliare” i geni necessari. Condotto da

utilizzando speciali “forbici genetiche”, enzimi –

enzima di restrizione

2. Creazione di un vettore– uno speciale costrutto genetico in cui il gene desiderato verrà introdotto nel genoma di un'altra cellula.

Il gene viene “cucito” in un vettore – un plasmide, con l’aiuto del quale il gene viene introdotto nel batterio. Il "linking in" viene effettuato utilizzando un altro gruppo di enzimi: le ligasi.

3. Trasformazione – introduzione del vettore nel batterio.

4. Screening – selezione di quei batteri in cui i geni introdotti funzionano con successo.

5. Clonazione batteri trasformati.

Il processo di creazione di batteri trasformati

Primer di DNA artificiale per la sintesi del DNA complementare (cDNA)

Isolamento dell'mRNA

Cellule che producono la proteina richiesta

mRNA

Restrizione

Ibridazione

sintesi del cDNA

Ibrido DNA-RNA

cDNA a filamento singolo

Rimozione dell'RNA

Sintesi del cDNA del secondo filamento

DNA extracromosomico (plasmide)

Taglio del plasmide

cDNA a doppia elica – gene per la proteina richiesta

Reticolazione con la DNA ligasi

Batteri

Clonazione

Colonie di batteri

Plasmide ricombinante

Incorporamento

in un batterio

Selezionando quello richiesto

scoiattolo

Trasformazione

(vettore)

Il processo di creazione di batteri trasformati:

Dalle cellule eucariotiche, ad esempio le cellule pancreatiche umane, viene isolato il prodotto mRNA del gene desiderato e, utilizzando l'enzima trascrittasi inversa (revertasi), un enzima presente nei virus contenenti RNA, viene sintetizzato un filamento di DNA complementare.

Si forma una molecola ibrida di DNA-RNA.
L'mRNA viene rimosso mediante idrolisi.
Il filamento di DNA rimanente viene replicato utilizzando la DNA polimerasi.
La doppia elica del DNA risultante è costituita solo da trascritto parti del gene e non contiene introni. Si chiama DNA complementare (cDNA)
Creazione di un vettore: un costrutto genetico contenente il gene bersaglio verrà inserito nel genoma di un'altra cellula. Base per che creano il vettore sono plasmidi.

Il gene viene inserito in un plasmide utilizzando enzimi chiamati ligasi.
La trasformazione è l'introduzione di un vettore (plasmide) in un batterio.
Le cellule batteriche acquisiscono la capacità di sintetizzare le proteine codificate dal gene desiderato.

Risultati dell'ingegneria genetica

Sono stati sviluppati più di 350 farmaci e vaccini

biotecnologie, trovano largo impiego in medicina, ad esempio:

- somatotropina – ormone della crescita, utilizzato nel trattamento del nanismo;

- L'insulina è un ormone pancreatico utilizzato per il trattamento

diabete mellito;

- L'interferone è un farmaco antivirale usato per il trattamento

alcune forme di cancro;

Creazione di piante geneticamente modificate. La leader tra le piante OGM è la soia, una fonte economica di olio e proteine;

- il gene per la fissazione dell'azoto è stato trasferito al genotipo di preziose piante agricole;

Produzione di piante transgeniche con il gene bt resistente agli insetti

Il batterio Bacillus thuringiensis produce endotossina, tossica per gli insetti e innocua per i mammiferi.

Questo è stato isolato da un batterio

gene e lo ha introdotto in un plasmide batteri del suolo Agrobacterium tumefaciens.

Questo batterio era tessuto vegetale infetto,

cresciuto su nutriente

ambiente.

Piante transgeniche create utilizzando agrobatteri

Piante dicotiledoni:

solanacee (patate, pomodori), legumi (soia), verdure crocifere

(cavoli, ravanelli, colza), ecc.

Monocotiledoni:

cereali,

banana

Il primo prodotto transgenico (i pomodori) è entrato sul mercato nel 1994.

Oggi nel mondo sono approvate più di 150 varietà di piante geneticamente modificate

alla produzione industriale.

Risultati della modificazione genetica:

Resistenza agli erbicidi;
Resistenza a malattie e parassiti;
Cambiamenti nella morfologia delle piante;
Cambiamenti nella dimensione, forma e numero dei frutti;
Aumentare l'efficienza della fotosintesi;
Resistenza ai fattori climatici e alla salinità del terreno.

Ingegneria cromosomica

L'ingegneria cromosomica è un insieme di tecniche che consentono la manipolazione dei cromosomi.

Un gruppo di metodi si basa sull'introduzione nel genotipo di un organismo vegetale di una coppia di cromosomi omologhi estranei, che controllano lo sviluppo delle caratteristiche desiderate ( linee aumentate ),

o sostituzione di una coppia di cromosomi omologhi con un altro ( righe sostituite ).

Nelle linee così sostituite e integrate si raccolgono caratteri che avvicinano le piante alla “varietà ideale”.

Ingegneria cromosomica.

Metodo aploide

basato sulla coltivazione di piante aploidi seguita dal raddoppio dei cromosomi.

Ad esempio, le piante aploidi contenenti 10 cromosomi vengono coltivate da granelli di polline di mais ( N = 10), quindi i cromosomi si raddoppiano e si ottengono quelli diploidi ( N = 20), piante completamente omozigoti in soli 2–3 anni invece dei 6–8 anni di consanguineità.

Ciò include anche il metodo per ottenere piante poliploidi.

Ingegneria cellulare

L'ingegneria cellulare è la costruzione di un nuovo tipo di cellule basato sulla loro coltivazione, ibridazione e ricostruzione.

Metodi di ingegneria cellulare

Coltivazione –

Clonazione (ricostruzione) – metodi per introdurre singoli organelli cellulari, nucleo, citoplasma in una cellula somatica (ibridazione parziale)

metodo per conservare (in vitro) e coltivare cellule, tessuti, piccoli organi o loro parti in speciali mezzi nutritivi

Ibridazione – metodo per produrre ibridi di cellule somatiche di specie non imparentate e filogeneticamente distanti

Coltivazione

Metodo di coltura di cellule e tessuti: coltivazione di pezzi di organi, tessuti o singole cellule all'esterno del corpo in condizioni artificiali;

Fasi di coltivazione delle piante dalle cellule:

Separare le cellule l'una dall'altra e metterle in un mezzo nutritivo.
Riproduzione e sviluppo intensivi delle cellule e comparsa del callo.
Posizionare il callo su un altro mezzo nutritivo e formare un germoglio.
Trapiantare un nuovo germoglio nel terreno.

Ad esempio, la coltivazione del ginseng in condizioni artificiali richiede 6 settimane, nelle piantagioni – 6 anni, nell’ambiente naturale – 50 anni.

Ibridazione

Semina su un terreno selettivo, sul quale si può sopravvivere solo se si possiede un certo gene umano (ad esempio, gene A)

fusione

Cellula umana

Gabbia per topi

Durante la divisione cellulare in una cellula ibrida, tutti i cromosomi umani vengono persi tranne uno (ad esempio, n. 17)

Le cellule sono sopravvissute, il che significa che il gene UN giace sul cromosoma 17

Cellula ibrida (eterocarionte)

Metodo di ibridazione delle cellule somatiche

In determinate condizioni, due celle diverse si uniscono

in un ibrido contenente entrambi i genomi delle cellule unite.

Ibridi tra cellule tumorali e linfociti (ibridomi)

capaci di dividersi indefinitamente (cioè sono “immortali”), come

cellule tumorali e, come i linfociti, possono produrre anticorpi.

Tali anticorpi sono utilizzati per scopi terapeutici e diagnostici.

Schema di clonazione (ricostruzione).

Clonazione: precisa riproduzione di qualsiasi oggetto. Gli oggetti ottenuti a seguito della clonazione sono chiamati cloni (vedi Allevamento di animali).

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