Исследовательская работа на тему Генная инженерия

Исследовательская работа на тему «Генная инженерия». Учитель ВКК МБОУ СОШ №71, Горбунова Ольга Семеновна. Химия в повседневной жизни человека Для чего это делается? Растения с „чужими“ генами приобретают устойчивость к гербицидам, вредителям и патогенам, их плоды способны долго храниться при комнатной температуре, имеют повышенную питательную ценность или другой вкус, и они способны синтезировать новые вещества — начиная от лекарств и заканчивая пластиком. Чем отличается генная инженерия растений (ГМР) от обычной селекции? При селекции перенос генов осуществляется только между близкородственными растениями, генная инженерия позволяет перенести в растение гены из любого организма. Химия и пища Наука химия играет важную роль в развитии пищевой промышленности. Сельское хозяйство, является, конечно, основным источником пищевых продуктов, но со временем оно может оказаться не таким эффективным. Уже сейчас человек задумывается над тем, как получать равноценную пищу из других источников и это уже удается ученым-химикам и биологам. Трансгенные растения —растения, которым пересажены гены.1. Картофель устойчивый к колорадскому жуку, был создан путём введения гена выделенного из ДНК клетки почвенной тюрингской бациллы, вырабатывающий белок, ядовитый для колорадского жука (в желудке жука вырабатывается яд, а в человеке нет). Использовали посредника — клетки кишечной палочки. Листья картофеля стали вырабатывать белок, ядовитый для жуков. 2. Используют продукты из трансгенной сои, кукурузы, картофеля и подсолнечника. Жители Кении проверяют, как растет новый трансгенный сорт зерновых, устойчивых к насекомым-вредителям 3. В Америке решили вырастить помидор устойчивый к заморозкам. Взяли ген камбалы, отвечающий за терморегуляцию, и пересадили в клетки томата. Но помидор эту информацию понял по-своему, он не перестал бояться заморозков, а перестал портиться при хранении. Он может полгода лежать в комнате и не гнить. Трансгенные растения. Результаты обработки саженцев груши различными концентрациями гербицида: четыре слева — растения с геном устойчивости к гербицидам, справа — обычные растения, не выдержавшие обработки. Современные гербициды значительно эффективнее и экологически безопаснее своих предшественников, но они действуют на всю растительность подряд, не разбираясь, где культурные растения, а где сорняки, поэтому ранее в основном использовались до высадки растений или после уборки урожая. С появлением технологии генетической трансформации стало возможным встраивать в растения гены, которые делают их нечувствительными к таким гербицидам. После обработки гербицидом сорняки гибнут, а трансгенные культуры — нет. При встраивании гена растение начинает вырабатывать токсин самостоятельно. А значит, отпадает необходимость обработки культур опасными химическими инсектицидами. Для придания устойчивости к вредителям чаще всего используется ген Bt-токсина, выделенный из бактерии Bacillus thuringiensis. Препараты этой бактерии уже около 50 лет применяются в сельском хозяйстве в качестве безопасного для людей и животных биоинсектицида, но они быстро теряют активность, и поэтому их доля в мировом производстве инсектицидов составляет менее 2%. Токсин бактерии поражает кишечник вредителей, питающихся растениями, причём с очень высокой специфичностью. Соя — древнейшее культурное растение семейства бобовых. Возделывать её начали в Китае, откуда соя попала в другие азиатские страны. В Европе она не прижилась, а в Америке распространена очень широко. Сегодня почти половина мировых посевов сои сосредоточено в США. Популярность продуктов из сои, соевого масла с каждым годом растёт. Соя — самое „трансгенное“ растение в мире. В США около 75% её посевных площадей засеяны генетически модифицированными сортами, а, например, в Аргентине они составляют 99%! Генетически модифицированные растения. Кто против и почему? Вместе с ростом площадей, занятых ГМР, также набирало силу и движение протеста против этих растений и транснациональных корпораций, предлагающих их. Мир в отношении ГМР разделился на две части. За: мировой лидер в этой технологии — США и крупнейшие экспортёры сельскохозяйственной продукции — Канада, Аргентина, Австралия и другие; против: отсталые страны с экстенсивным земледелием и, как ни странно, Европа, хотя Европа всё же закупает трансгенную сою (в качестве кормового белка), так как из-за эпизоотии „коровьего бешенства“ от традиционно используемой мясокостной муки фермерам поневоле пришлось отказаться. Противники генетически модифицированных растений из Гринпис захватили в Англии поле, засеянное трансгенными культурами. Демонстрация противников генетически модифицированных растений в Лондоне.  Генетически модифицированные растения стали благодатной почвой для множества „страшилок“, активно тиражируемых европейскими и американскими СМИ: плод необузданной фантазии художника — очаровательная „апельсинолягушка“. Агрессивная трансгенная суперкукуруза, по мнению карикатуриста, способна смести на своём пути всё — даже неприступную крепость. Маркировки, обозначающие отсутствие генетически модифицированных компонентов в продукте.   Овощи — собственные модифицированные линииКартофельРисКукурузаБрокколиЦветная капустаГорохЛукОгурцыТоматыЯблокиСвекла ВиноградАнанасыБананыКокосыЦитрусовыеАрбузыКивиКакаоКофеЧеснокОливки Зачем знать, есть ли в тех или иных продуктах трансгены? Для того, чтобы было право выбора — употреблять их в пищу или нет. Однозначного мнения среди ученых о влиянии трансгенов на здоровье человека до сих пор нет. Однозначно говорить, что ГМО вредны или безвредны, рано. Продукты, которые могут содержать оба источника ГМОДетское питаниеЗамороженные овощные смеси Для тех, кто хочет отказаться от продуктов, содержащих ГМО, желательно в первую очередь отказаться от продуктов, в которых чаще всего это встречается - колбасы, пельмени, соевые продукты, прекратить питаться в закусочных быстрого питания, а также быть более внимательными к покупаемым овощам и фруктам (не покупать овощи и фрукты чересчур большого размера, не имеющие запаха). В КАКИХ ПРОДУКТАХ ЧАЩЕ ВСЕГО ПРЯЧУТСЯ ТРАНСГЕНЫ Продукты, содержащие соевый белок:Вареная колбасаПельмениВареники с мясомШоколадМорепродуктыСладкая газировка  Общая площадь насаждений (в млн. га) в 2012 году и доля в ней трансгенных растений. Учёные знают, что в первую очередь биоразнообразию угрожает не замена одного сорта (или даже десяти сортов) на другой, а превращение природных ландшафтов в сельскохозяйственные. Увеличивающееся население Земли надо как-то кормить. Генная инженерия растений, как и другие способы интенсификации сельского хозяйства, даст возможность сохранить нетронутыми огромные площади лесов, степей, лугов. Вот почему генная инженерия растений способствует сохранению биоразнообразия дикой природы, а не его уничтожению. Рапс масличный в диком виде не встречается. Возник в результате естественного скрещивания капусты листовой и полевой; внешне напоминает сурепку. В настоящее время рапс — основная масличная культура во многих странах мира, а также частый объект генетической модификации. Поле, засеянное трансгенным рапсом. Направленной генетической модификации (трансформации) можно подвергать не только растения, а любые живые организмы. Первые трансгенные микроорганизмы были получены в начале 70-х, а первые трансгенные сельскохозяйственные растения и животные появились значительно позже — в середине 80-х. Трансгенные микроорганизмы широко используются в фармацевтической и пищевой промышленности. Такие препараты, как инсулин, интерферон, интерлейкин, в основном получают генно-инженерным способом. Сегодня с применением методов генной инженерии выпускается около 25% всех лекарств в мире. Химия и медицина Нокаутные мыши Нокаут гена. Для изучения функции того или иного гена может быть применен нокаут гена (gene knockout). Так называется техника удаления одного или большего количества генов, что позволяет исследовать последствия подобной мутации. Для нокаута синтезируют такой же ген или его фрагмент, изменённый так, чтобы продукт гена потерял свою функцию. Для получения нокаутных мышей полученную генно-инженерную конструкцию вводят в эмбриональные стволовые клетки, где конструкция подвергается соматической рекомбинации и замещает нормальный ген, а измененные клетки имплантируют в бластоцист суррогатной матери. У плодовой мушки дрозофилы мутации инициируют в большой популяции, в которой затем ищут потомство с нужной мутацией. Сходным способом получают нокаут у растений и микроорганизмов. Генетикам уже удалось создать нокаутную мутантную бактерию, у которой ген, кодирующий FabM, отсутствует. Такой штамм, при всех остальных сохранившихся свойствах, может выживать при концентрации молочной кислоты, не превосходящей одной десятитысячной от таковой для дикого штамма. Ученые нашли способ сделать бактерии, вызывающие кариес, восприимчивыми к их же собственной кислоте, обычно разрушающей только эмаль и дентин наших зубов. Кислота образуется в результате метаболизма практически всех видов бактерий. Обычно её повышенная концентрация выступает в качестве универсального регулятора числа прокариот, приводя к смерти «лишних» членов колонии Streptococcus mutans в ходе эволюции обрели способность выживать в экстремально кислых условиях. Именно она и сделала их основной причиной кариеса по всему миру. Используется, когда задачей является изучение локализации продукта гена. Одним из способов мечения является замещение нормального гена на слитый с репортёрным элементом, например, с геном зелёного флуоресцентного белка (GFP). Визуализация продуктов генов.  Схема строения зелёного флуоресцентного белка. Искусственная экспрессия. Логичным дополнением нокаута является искусственная экспрессия, то есть добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов. В сущности процесс введения дополнительных генов таков же, как и при нокауте, но существующие гены не замещаются и не повреждаются. Некоторые генетически модифицированные микробы эффективно перерабатывают промышленные отходы. Трансгенные животные чаще всего используются в качестве биореакторов — продуцентов нужных белков, в основном лекарственных препаратов или ферментов для пищевой промышленности. Например, в России выведена порода овец, вырабатывающих вместе с молоком и фермент, необходимый в производстве сыра. В ближайшей перспективе — использование трансгенных животных в качестве моделей для изучения наследственных заболеваний человека, а также в качестве источников органов и тканей для трансплантологии. Использование ГМО в промышленности Использование ГМО в промышленности Разрабатываются генетически модифицированные бактерии, способные производить экологически чистое топливо. С помощью модифицированных бактерий намного легче получать этанол, чем из кукурузы, свеклы или сахарного тростника, так как целлюлоза, получаемая из этих растений, находится в кристаллической форме. Исходя из продуктивности цианобактерий в лаборатории, специалисты подсчитали, что при одинаковом количестве производимого этанола, площадь полей с цианобактериями будет в два раза меньше площади, засеянной растениями, используемыми как источник целлюлозы. Цианобактерии можно выращивать на непахотных землях и использовать для полива соленую воду, которую нельзя использовать для питья или полива растений. Генная инженерия человека В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков.Хотя и в небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия. Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей.При помощи генной инженерии можно получать потомков с улучшенной внешностью, умственными и физическими способностями, характером и поведением. С помощью генотерапии в будущем возможно улучшение генома и ныне живущих людей. В принципе можно создавать и более серьёзные изменения, но на пути подобных преобразований человечеству необходимо решить множество этических проблем.