Биотехнология

На этой странице вы узнаете

• Есть ли в России собственный Ноев ковчег?
• Что такое растение-биофабрика?
• С какой целью создали золотой рис?

Помните, в фильме «Матрица» показали необычные методики выращивания людей? Начиная со стадии эмбриона человека растили в специальном инкубаторе, не используя при этом материнский организм. Но данный художественный вымысел постепенно становится реальностью. Первые шаги в этом направлении уже были сделаны: биологи научились культивировать человеческий эмбрион в лабораторных условиях вплоть до 14 дня его развития. В этой статье мы узнаем о современных открытиях в области биотехнологии.

Биотехнология, ее направления

Биотехнология — это совокупность методов, обеспечивающих промышленное использование биологических процессов, протекающих в организме (клетке).

Условно биотехнологию можно подразделить на:

1. Нанобиотехнология — технология разработок наночастиц, имеющих размеры от 1 до 100 нм. Например, технология адресной доставки лекарств.

Как вы думаете, ДНК-наномашины — научная фантастика? 

Нет. В современной медицине сейчас активно используются такие роботы, особенно при лечении злокачественных опухолей. ДНК-наномашины — это искусственные биологические молекулы, сконструированные из последовательностей ДНК, обладающие биологическими функциями: определять целевые нуклеиновые кислоты (диагностика), доставлять терапевтические молекулы (доставка лекарств) и катализировать расщепление целевых РНК-мишеней с терапевтической целью.

2. Цитотехнология или клеточная технология. Суть данной технологии в выращивании клеток и тканей вне живого организма. Большинство клинических экспериментов ученые проводят благодаря именно  этой технологии. Например, получение человеческого инсулина с помощью бактериальных клеток кишечной палочки. 

Есть ли в России собственный Ноев ковчег? В МГУ создают уникальный по своим масштабам депозитарий живых систем «Ноев ковчег», в котором среди всевозможных образцов живых объектов есть и клетки животных и человека. «Ноев ковчег» состоит из пяти направлений: растения, животные, микроорганизмы и грибы, биоматериалы человека, биологическая информация.

3. Гистотехнология — тканевая технология, которая поможет нам в будущем восстанавливать утраченные органы без трансплантации. Результаты тканевой технологии сегодня — например, выращивание кожи и органов для трансплантации, использование в хирургии тающих швовных нитей, усиление процесса регенерации тканей.

С 2014 года мир научился создавать органы и ткани, используя биопринтер. Принцип его работы довольно простой. В биопринтер вводятся послойно биоматериал, затем запускается программа, где есть данные об анатомической структуре органа. С помощью биопринтера создаются кости, хрящи, сосуды, сердце, почки, печень, легкие, мочевой пузырь и т.д. Все кроме головного мозга.

4. Эмбриотехнология. С помощью этой технологии происходит пересадка эмбриональных стволовых клеток для лечение рака, осуществляется искусственное оплодотворение.

Слышали ли вы выражение «дети из пробирки»? Первый в мире «ребенок из пробирки» родился в 1978 году. Процедура экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) дает супружеским парам шанс стать долгожданными родителями. Понятие «из пробирки» совершенно неверно, именно оплодотворение яйцеклетки происходит в чашке Петри. А развитие малыша происходит в утробе матери, так же как и при обычном оплодотворении. 

5. Биотехнология культивирования организмов. С помощью данной технологии выращивают грибы, моллюсков и растения.

Что такое растение-биофабрика? Растение выступает в качестве фабрики, в которой уже заложена определенная программа производства. А производить оно будет белок. Это может быть инсулин, интерфероны, антитела, ферменты, вакцины… Биологам требуется задать программу и «записать» ее в ДНК, а живой объект все сделает сам. Например, был создан ГМ-картофель, продуцирующий поверхностный антиген вируса гепатита В.

6. Биоинженерная технология. С помощью этой технологии происходит тестирование ДНК с использованием биочипов, создание искусственных суставов, кардиостимуляторов, аппаратов почечного диализа или сердечного кровообращения.

Генная инженерия

К методам биологического конструирования относится генная инженерия — совокупность методов, позволяющих переносить участки ДНК с генами из одной клетки в другую. 

Методы генной инженерии дают возможность внедрять в клетки определенные гены в составе специально сконструированных молекул ДНК. 

Клетки или организмы, получившие «чужие» гены таким способом, называют трансгенными или генно-модифицированные организмы (ГМО).

Например, введя соответствующие гены, удалось сконструировать штаммы бактерий, способные синтезировать гормоны человека — инсулин и гормон роста, а также интерферон — белок крови, обладающий противовирусной активностью. 

Существует успешный опыт применения генной инженерии в селекции растений. Первым трансгенным растением, официально разрешенным в 1994 г. для продажи потребителям, стали томаты сорта «Флауэр Сэвр», которые отличаются большой упругостью и долгим сроком хранения.

Самым обсуждаемым вопросом в научном мире является вопрос о возможных вредных последствиях использования генетически модифицированных сельскохозяйственных продуктов. Необходимо отметить, что на сегодня никаких научных данных, подтверждающих эти опасения, не существует.

Генная инженерия нашла применение и в медицине, став основой генотерапии — лечения генных болезней путем введения в клетки больных нормальных аллелей генов, по которым они дефектны. Генотерапию уже официально применяют для лечения некоторых заболеваний крови и иммунной системы.

С какой целью создали золотой рис? Золотой рис — генетически модифицированный сорт посевного риса, в зернах которого содержится огромное количество бета-каротина. Эти зерна имеют золотисто-желтый цвет. Считается, что это первая сельскохозяйственная культура, которая целенаправленно генетически модифицирована для улучшения пищевой ценности. В организме человека витамин A производится из бета-каротина, который поступает преимущественно с растительной пищей. Для модификации риса использовали два гена: ген цветка нарцисса и ген бактерии Erwinia uredovora.

Клеточная инженерия. Клонирование

Клеточная инженерия — это отрасль науки, задачей которой является создание новых клеток и получение тканей, органов и организмов из клеточного материала. 

Основные методы современной клеточной инженерии:

• Метод гибридизации соматических клеток — сочетание соматических клеток различных тканей или организмов для получения новых комбинаций признаков.
• Метод культуры клеток (тканей) — выделение и перенос клеток из организма на питательные среды для получения культуры клеток.
• Метод слияния эмбрионов на ранних стадиях — для создания химерных организмов (например, химерных мышей).
• Метод клонирования организмов — получение с применением бесполого способа размножения клонов, состоящих из генетически однородных клеток.

Клон — группа генетически идентичных организмов или клеток. 

Если гены идентичны, то, по сути, клоны — одинаковые существа.

Виды клонирования:

1. Молекулярное клонирование — выделение интересующего гена и вставление его в плазмиду бактерии. Затем бактерии отправляют на питательную среду и создают популяцию. Так ученые изучают заболевания и разрабатывают лекарства.
2. Терапевтическое клонирование — создание стволовых клеток. Их используют для опытов. Например, ученые исследуют мутации в генах или пытаются вырастить органы и ткани, которые можно будет имплантировать на замену поврежденным.
3. Репродуктивное клонирование — создание генетически идентичной копии целого животного.

Репродуктивное клонирование человека вызывает немало опасений. Никто не знает, какие биологические и социальные последствия может иметь клонирование людей. Возможно, это нарушит права и свободу человека. Также возникает вопрос: если получится их создать, смогут ли они стать частью общества и как само общество воспримет их появление.

Поэтому репродуктивное клонирование человека запрещено в 70 странах мира, включая Россию. Согласно закону от 29 марта 2010 г. «О временном запрете на клонирование человека», запрет будет действовать до тех пор, пока не появится закон, устанавливающий порядок клонирования организмов в целях клонирования человека.

Негативный опыт прошлого века — нацистские лагеря смерти, использование ядерного оружия — наглядно показал, что технический прогресс без этического контроля и осмысления его возможных последствий может быть злом. Исходя из необходимости такого контроля появилась современная биоэтика. 

Биоэтика — это защита фундаментальных моральных ценностей. Она является условием выживания человечества в постоянном техническом прогрессе.

Фактчек

• Биотехнология — это совокупность методов, обеспечивающих промышленное использование биологических процессов, протекающих в организме (клетке).
• По уровню организации биотехнологию можно условно классифицировать по следующим отраслям: нанобиотехнологии, цитотехнологии, гистотехнологии, эмбриотехнология, биотехнология культивирования организмов, биоинженерия.
• Методы генной инженерии дают возможность внедрять в клетки определенные гены в составе специально сконструированных молекул ДНК. 
• Клетки или организмы, получившие «чужие» гены таким способом, называют трансгенными или генно-модифицированные организмы (ГМО).
• Клеточная инженерия — это отрасль науки, задачей которой является создание новых клеток и получение тканей, органов и организмов из клеточного материала.
• Методы клеточной инженерии: гибридизация соматических клеток, культуры клеток и тканей, клонирование, создание химер.

Проверь себя

Задание 1.
Как называется направление в биотехнологии, в котором используются штаммы микроорганизмов для получения гормонов?

1. генная инженерия
2. клеточная инженерия
3. эмбриотехнология
4. биохимический синтез

Задание 2.
Что относится к биотехнологии?

1. Использование анатомического строения живых организмов в разработке техники.
2. Выращивание культурных растений.
3. Использование гибридологического метода при создании нового сорта растения.
4. Получение гормонов с использованием бактерий.

Задание 3.
Какая отрасль биотехнологии занимается клонированием?

1. генная инженерия
2. клеточная инженерия
3. биоинженерия
4. нанотехнологии

Задание 4.
Какая отрасль биотехнологии занимается созданием химер?

1. генная инженерия
2. клеточная инженерия
3. биоинженерия 
4. нанотехнологии

Ответ: 1. — 1; 2. — 4; 3. — 2; 4. — 1.