Összefoglaló a biotechnológia
Csodálatos felfedezések a tudomány és a nagy tudományos és technológiai fejlődés jellemezte XX században azonban a tudományos és technológiai fejlődés a jelenlegi formájában az árnyoldala: a kimerültség fosszilis erőforrások, a környezetszennyezés, a kihalás sok növény- és állatfaj, a globális klímaváltozás, a megjelenése ózonlyuk alatt a pólusok a Föld stb Nyilvánvaló, hogy ez az út vezet egy zsákutca. Szükségünk van egy alapvető változás a vektor. Biotechnológia is meghatározó szerepet a globális kérdések megoldásában az emberiség.
Biotechnológia - az élő szervezetek (vagy azok részeire) vonatkozó gyakorlati célokra. Amikor az emberek beszélnek a modern biotechnológia, az ilyen meghatározás kiegészítő szavak alapján a molekuláris biológia. Ha nem tetszik, hozzátéve, hogy a definíció a „biotechnológia”, és hogy a hagyományos és a / x, állattenyésztési és sok élelmiszer-ipari használó mikroorganizmusokat. Ezután fogunk összpontosítani egyik típusú biotechnológia, nevezetesen a géntechnológia nyit teljesen új utakat orvosi kémia, a termelés energia, új anyagok, a környezetvédelem. Géntechnológia - olyan technika, a manipuláció az anyag az öröklődés - DNS.
Ma, tudósok egy kémcsőben, hogy csökkentsék a DNS-molekula egy kívánt helyre, izolálására és tisztítására néhány fragmentumok, szintetizálni őket a két dezoxiribonukleotid lehet varrni ezeket a darabokat. Az eredmény az ilyen manipulációk „hibrid”, vagy egy rekombináns DNS-molekula, amelyet korábban nem fordul elő a természetben.
A születési év géntechnológia tekinthető 1972-re, a laboratóriumi Paul Berg az USA-ban kaptuk in vitro első rekombináns megismételhető, azaz szaporodnak a bélbaktériumok E. coli bacillus. A puszta megjelenése a géntechnológia lehetővé vált miatt alapvető felfedezések a molekuláris biológia.
A 60 éves, a tudósok megfejtették a genetikai kód, azaz találtuk, hogy egyes aminosavak által kódolt fehérjét egy nukleotid-triplet a DNS-t. Különösen fontos, hogy a genetikai kód univerzális minden élővilágban. Ez azt jelenti, hogy az egész világ „beszélni” ugyanazt a nyelvet. Ha át talált egy adott sejt „idegen” DNS-t, a kódolt információ, ez lesz jól érzékelhető a befogadó sejt.
Azt találtuk továbbá, hogy vannak olyan specifikus DNS-szekvenciák meghatározása a kezdetét és végét a transzkripció, transzláció. Replikáció. Szinte minden ilyen rendszerek, mint egy első közelítésben, közömbösek DNS szekvenciák között található az adatjeleket. Azt kell mondanom, hogy a jelek önmagukban eltérnek a különböző szervezetekben. Ez következik a fentiekből, hogy ha veszünk egy strukturális gént (például ember) in vitro, és biztosítja számára jeleket jellemző a bakteriális sejt gént, egy ilyen szerkezet kerül egy bakteriális sejt képes lenne szintetizálni a humán protein.
A legfőbb jellemzője a gén - a képesség, hogy hozzon létre a DNS szerkezetét, amelyek soha nem képződik a természetben. Géntechnológia leküzdeni az akadályt, hogy létezik az élővilágban, ahol a genetikai csere csak akkor kerül végrehajtásra azonos fajon belül, vagy közeli rokon szervezetek. Ez lehetővé teszi, hogy át gének élő szervezet bármely más. Ez az új technika nyitott korlátlan kilátásokat létrehozását mikroorganizmusok, növények és állatok, új hasznos tulajdonságait.
Lehetetlen beszélni minden szempontból alkalmazásának génsebészeti módszerekkel a biotechnológia és a tudományos kutatás. Nézzük néhány példát, hogy bemutassa a lehetőségeket ez a módszer.
Az egyik legfontosabb területe a génsebészet - a termelés az új generációs gyógyszerek, amelyek biológiailag aktív humán fehérjéket. Emlékeztetünk arra, hogy a legtöbb esetben a humán fehérjék (és más állatok) faj specifikus, azaz a csak az emberi fehérjék felhasználhatók emberek kezelésére. Következésképpen, van egy probléma, hogy humán fehérjéket megfelelő mennyiségben.
Ebben az összefüggésben mi érdekel a történelem, a interferon termelését. 1957-ben, a brit tudósok Issaaks Lindelman és megállapította, hogy az egerek, akiknek a kórtörténetében az influenza, nem hajlamos a fertőzés más, veszélyes vírusok. A vizsgálat során megfigyelték a jelenség arra a következtetésre vezetett, állati és emberi sejtek vírusfertőzésre adott válaszként titkos anyag, ami a környező egészséges sejtek rezisztensek vírusfertőzés. Ez az anyag (vagy anyagok) az interferon.
A kiterjedt kutatások az elkövetkező 20 évben. Azt találtuk, hogy az interferonok - egy csoport rokon proteineket három osztály - alfa, BETTA és gamma. Fehérvérsejtekben izolált típusú interferon-alfa. Betta típusú fibroblasztok és leukociták T- típusú gamma. Interferonok azonosították, tisztították és kimutatták, azok hatását, például vírusellenes hatóanyagok. Ezen túlmenően, ezek a proteinek is, hogy hatásos a szklerózis multiplex kezelésére, és bizonyos rákbetegségek. Az egyetlen akadálya az interferon már az alacsony rendelkezésre. Szintetizálódnak a nagyon kis mennyiségben: a forrás volt, vagy vért vagy a kultúra az emberi sejtekben. Sajnos, ezek a források nem fogadhat interferon szükséges mennyiségű gyógyszer.
A 1980 - 1985 év. több laboratóriumban szerte a világon, köztük a Szovjetunió, az emberi gént azonosítottunk, amelyek meghatározzák az interferon szintézisét, és bevezetjük a baktériumokat. Az ilyen baktériumok voltak képesek szintetizálni, humán interferon. Nagyon fontos, hogy gyorsan növekszik, használja tápoldatot és szintetizálni nagy mennyiségű fehérjét. 1 liter baktériumtenyészetet lehet azonosítani, mint az emberi interferon-alfa, hány a 10 th. L. vért. Az így kapott fehérje azonos interferon szintetizált az emberi szervezetben. Persze, mi volt, hogy megoldja a problémát bonyolult tisztítási interferon elő géntechnológiai homogenitást.
Más készítményeknél a rekombináns humán fehérjék már széles körben egészségügyi alkalmazását megemlíthetjük az inzulint, növekedési hormon, eritropoietin. A sertés inzulin eltér a humán csak egy aminosav. Ezt alkalmazzák 1926 óta kezelni az embereket inzulinfüggő diabetes mellitus. A növekedési hormon, eritropoietin jegyezni, mint az interferonok, a fajspecifikus proteineket. A géntechnológia megnyitotta új lehetőséget, hogy ezeket a fehérjéket a gyógyszert. A növekedési hormon használata nem csak leküzdésére törpeség, hanem a széles körben használják, mint egy élénkítő sebgyógyulás, illő csont. Állati növekedési hormonok elkezdték használni c / s (a növekedés 15% tejelő tehenek, gyorsuló hal növekedés). Az eritropoetin - stimuláns vérképzés és kezelésére használják a különböző típusú vérszegénység.
Jelenleg a világon, hogy lehetővé tegye a több mint 30 gyógyszerek, genetikailag módosított, és a több mint 200 különböző szakaszaiban a klinikai vizsgálatokban. Most több mint 20% -át a gyógyszeripar piaci gyógyszerek teszik ki új biotechnológiai gyógyszerek.
A rekombináns humán fehérjék - alapvetően új terápiát. Mivel nem kell beírni semmit idegen. Valóban, ha nincs elég inzulin, vagy növekedési hormon, akkor adunk hozzá (hormonpótló terápia). A vírus szervezet maga küzd segítségével interferonok - az emberek csak segít neki.
Jelentős előrelépés történt a géntechnológia a növények. Ennek alapján a technika hazugság sejttenyésztési módszerek és növényi szövetek in vitro és a képesség, hogy teljes növényeket regenerálunk egyetlen sejtből.
A géntechnológia a növények megvannak a maga problémái. Ezek közül az egyik az a tény, hogy számos előnyös tulajdonságait a növény nem kódolt egy, hanem sok gént. Ez megnehezíti vagy lehetetlenné teszi a közvetlen genetikai javítása műszaki tulajdonságait. Egy másik akadály, ami fokozatosan legyőzni, - termesztés és a regeneráció nehézségek sejtek növénnyé vált egyes fajok, mint például a gabona. A legjobb eredményeket akkor kapjuk, abban az esetben, ha az átadás egy gén vezethet hasznos tulajdonságai a növény.
Creation génmanipulált (ők most az úgynevezett transzgénikus) állatok ugyanolyan alapvető nehézség, hogy a teremtés transzgenikus növények, azaz a sok gén, amely meghatározza a gazdaságilag értékes vonások. Mindazonáltal, van egy gyorsan növekvő terület létrehozásával kapcsolatos transzgenikus állatok - termelők a biológiailag aktív fehérjék.
A magasabb rendű szervezetek, a specifikus gének kódot fehérjék előállítására specifikus szövetekben. Bár az összes lévő gének minden sejtben, specializált sejtek csak néhány közülük, és ez határozza meg a szövet jellegét. Egy példa a termelés a tejfehérjék (kozein, laktalbumin) emlőmirigyek. Lehetőség van, hogy helyettesítse a kívánt gén a mi szabályozó szekvenciák, mint például a kazein, és kap egy idegen fehérje a tejben. Itt fontos, hogy az állat érez normális, hiszen idegen gén csak a szoptatás ideje alatt.
A világ több száz transzgenikus juh és a kecske tejet termelő a tíz milligramm néhány gramm biológiailag aktív humán fehérjék tejben 1L. Ez a gyártási eljárás költséghatékony és környezetbarát tisztítószer, bár igényel tudósok több időt és erőfeszítést, hogy hozzon létre a transzgenikus állatok, mint a teremtés génmanipulált mikroorganizmusok.
A transzgenikus állatok tejében lehet előállítani nem csak a gyógyszerek. Köztudott, hogy a termelés magas minőségű sajt igényeinek enzim aludttej, - tejoltós. Ez az enzim a nyert gyomor tejelő borjak. Ez költséges, és nem mindig áll rendelkezésre. Végül genetikai mérnökei egy élesztőgomba, már régóta ezt az értékes fehérje mikrobiológiai szintézis.
A következő lépés a géntechnológia - létrehozását transzgenikus juh szintetizáló kimozinnal tejet. Kis állomány a juh Oroszországban található Lenin Gorki Moszkva közelében. Ezek a juhok szintetizáltunk, hogy 300 mg / liter enzim a tejben. A sajtkészítés folyamata, a fehérje nem tud kiosztani, és használja csak egy része az anyatejbe.
Lehetséges bővítése biotechnológia a régióban, amelyek tulajdonosai teljes egészében kémia. Ez - biocatalysis (nem kémiai katalízis) és az új anyagok. Az egyik biocatalysis folyamatok sikeresen megvalósított az iparban - így akrilamid akrilnitril.
CH2 = CH-CN -> CH 2 = CH-C = 0
Az akrilamid kiindulási monomer előállítására polimerek és kopolimerek széles körben használják a víztisztítás és szennyvíz, bányászat, tisztítás során a bor és a gyümölcslé, a készítmény a festékek, stb
Egészen a közelmúltig, a nitril hidrolízis eljárás végeztük 105 ° C, a kénsav jelenlétében. Befejezése után a folyamat, kénsav ammóniával semlegesítjük. A nagy mennyiségű ammónium-szulfátot, végül kiderült, hogy a folyók. Voltak magas energiafogyasztás, nagyobb kopás a berendezés, és a minőség akrilamid gyenge.
1987-ben, a tudósok a Genetikai Intézet és kiválasztása Ipari Mikroorganizmusok együtt munkatársai a Szaratov ága az intézet kezdte keresni a természetben mikroorganizmusok, amelyek átalakítani akrilnitril-akrilamid, az ilyen mikroorganizmusok találtak. Miután egy sor manipulációk kapott mikroorganizmusoknak szintézisére képes 10 ezerszer nagyobb enzim -. Nitril-hidratáz felelős az átalakulás akrilnitril.
Eredmények a tudósok a gyakorlatba átültetni. Az egyik a növények, amelyek antibiotikumokat termelnek, elindított termelés Biokataiizátor, azaz releváns mikroorganizmusok, és a másik 3 gyárak Megvalósult biokatalitikus folyamatok előállítására akrilamid. Az eljárást hajtjuk végre szobahőmérsékleten és környezeti nyomáson, így a kis energoomok. Az eljárás gyakorlatilag nincs hulladék környezetbarát. Az így kapott új módszer akrilamid nagy tisztaságú, ami azért fontos, mert a legtöbb van tovább polimerizálják a poliakrilamid polimert, és a minősége erősen függ a tisztaság a monomer.
Egy másik példa, hogy ne biocatalysis és bioanyagok. A tudósok már régóta figyelt a nagyon értékes mechanikai tulajdonságai az anyag, amelyből pókok szövik a hálózaton.
Gossamer körülbelül 100-szor vékonyabbak, mint az emberi haj, ez az anyag lágyabb, mint a pamut, erősebb, mint az acél, egyedülálló rugalmassága, gyakorlatilag nem változik a tulajdonságait a hőmérséklet változása, az anyag ideális számos gyakorlati célokra: az ejtőernyő zsinór, mellények, stb A kérdés az, hogy hol kap egy nagy számú szalagját az eredeti ár?
Általában, a mikroorganizmusok növekedésének használt olcsó keményítő, melasz és más s / X termékek, azaz a megújuló nyersanyagok.
Meg kell jegyezni. Ez nem baktériumok szintetizálnak szálak és amorf protein, valamint a pókok. A menet van kialakítva, amikor a pók fehérje sajtolja ki a fúvókából az ő mirigyek. Technikailag lehetséges szimulálni ezt a folyamatot, prodavlivaya amorf protein igen finom nyílásain. Az első menet mikrobiális fehérje már fogadásra került. Van egy igazi lehetőséget, hogy javítsa a kiváló minőségű az interneten, néhány változás az aminosav fehérje szekvenciáját.
Ezek a példák korántsem terjed ki az összes gyakorlati szempontjai alkalmazott géntechnológia. Mi nem érintettem az energia, a környezetvédelem, a bányászat, mikrobiológiai ipar, valamint egy nagyon fontos kérdés - a szerepe a géntechnológia a fejlesztés leginkább a molekuláris biológia.
Az új „zöld forradalom”, amely már megkezdődött, megadja a növényeket, hogy nem kell a növényvédő szerek és a jövőben - és a nitrogén műtrágyák. Megszűnése használat
Kémiai peszticidek drámaian javítja a környezet, a költségek csökkentése az olaj és a gáz azok előállítására (3%). Nem lesz új anyagok, új gyógyszerek, az állatok magas új ételeket.
A következtetés az amerikai kongresszus szakértők „Biotechnológia a leginkább változtatni az emberek élnek a XXI században.”