Підручник з Біології і екології. 11 клас. Соболь - Нова програма

Доклади серця свого до навчання і вуха свої до розумних слів.

Притчі Соломона (гл. 23)

§ 62. ЗАСТОСУВАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ БІОЛОГІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ У БІОТЕХНОЛОГІЇ

Основні поняття й ключові терміни: БІОТЕХНОЛОГІЯ.

Пригадайте! Що таке біотехнологія?

У світі цікавого

Національна академія наук США оприлюднила доклад про те, що суспільство має готуватися до появи нових продуктів біотехнології у найближчі 5-10 років. Це бактерії, що діють як ліки, генетично модифіковані організми, м'ясо з пробірки, біолюмінесцентні організми, генний драйв для регуляції чисельності шкідників. А з якими напрямами біотехнології пов'язані ці продукти?

ЗМІСТ

Які основні завдання та напрями сучасної біотехнології?

БІОТЕХНОЛОГІЯ - це комплекс наук, засобів, методів, спрямованих на одержання і використання процесів, клітин, продуктів життєдіяльності організмів у промисловому виробництві. Різні сучасні методи біотехнології використовують у промисловості (харчовій, легкій, хімічній, будівельній), сільському господарстві (рослинництві, тваринництві), медицині, міському господарстві, кібернетиці, природокористуванні тощо. Наукові дослідження сучасної біотехнології спрямовано на розробку методів і спеціальних виробничих технологій для різних галузей діяльності людини. Через те виокремлюють такі основні розділи, як харчова, промислова, ветеринарна, екологічна, медична біотехнологія.

Іл. 101. Пріоритетні цілі сталого розвитку для біотехнології

Основні завдання біотехнології пов'язують з розв'язуванням глобальних цілей сталого розвитку, якими є: подолання бідності й голоду, поліпшення стану охорони здоров'я і якості довкілля, сталий розвиток промисловості й сільського господарства (іл. 101). Сучасна екологічна біотехнологія передбачає пом'якшення наслідків зміни клімату, захист екосистем і морських ресурсів. Без цього неможливо подолати глобальну продовольчу, енергетичну, сировинну та екологічну проблеми, що постають перед людством.

Основні напрями досліджень. Засоби генної інженерії та трансгенні організми можна використати для підвищення продуктивності сільського господарства, розроблення вакцин і ліків проти СНІДу, малярії, туберкульозу та інших захворювань. Клітинна інженерія та її методи конструювання клітин застосовують для розв'язування багатьох теоретичних проблем біології, у трансплантології, для охорони сексуального та репродуктивного здоров'я. Сфера діяльності біоінженерії простягається від створення штучних органів для компенсації знижених або втрачених фізіологічних функцій (біомедична інженерія) до молекулярного конструювання речовин із заданими властивостями (білкова інженерія, інженерна ензимологія). Для подолання бідності й забезпечення кожної людини достатнім харчуванням, чистою питною водою та засобами санітарії, утилізації токсичних відходів і забруднювальних речовин, створення будівельних матеріалів нового покоління (наприклад, біоцементу) реалізовують технологію мікробіологічного синтезу.

Загострення екологічних проблем спричинило розвиток екологічної інженерії, спрямованої на отримання людиною чистої води, пом'якшення наслідків зміни клімату, збереження морських ресурсів, захист екосистем суходолу. Екологічні напрями біотехнології розв'язують проблеми екологічно чистих джерел енергії, громадського транспорту, створення зелених громадських територій.

Отже, основні завдання й напрями сучасної біотехнології пов'язані із реалізацією цілей сталого розвитку.

Які теоретичні основи й можливості сучасної біотехнології?

Біотехнологія - це одна з найперспективніших галузей діяльності людини. У найближчі роки разом з нею швидко розвиватимуться медицина, енергетика, переробка сировини й виробництво матеріалів, міське й сільське господарство. Теоретичною основою біотехнології є передусім біологічні науки. У багатьох випадках сучасна біотехнологія сприяє знаходженню нових розв'язків на стикові різних галузей. Так, виникають і розвиваються біоінформативний, біокібернетичний, біоінженерний напрями біотехнології. З'являються нові матеріали й пристрої - біопаливо, біоцемент, біосорбенти, біосенсори. Для розв'язування багатьох проблем, що виникають, досить часто залучають хіміків, фізиків, географів.

БІОТЕХНОЛОГІЯ

Теоретична основа

Основні напрями

Галузі застосування

Молекулярна генетика

Молекулярна біологія

Біохімія

Мікробіологія

Ембріологія

Екологія

Генна інженерія

Клітинна інженерія

Біоінженерія

Екоінженерія

Мікробіосинтез

Промисловість

Сільське господарство

Медицина

Ветеринарія

Комунальне господарство

Природокористування

Напрями сучасної біотехнології розробляють і застосовують на всіх рівнях організації життя. За цим критерієм розрізняють такі технології:

  • нанотехнологія - технологія наночастинок (наприклад, технологія адресної доставки ліків);
  • цитотехнологія - клітинна технологія (наприклад, вирощування гібридів, отримання білків-інтерферонів, інсуліну, моноклональних антитіл);
  • гістотехнологія - тканинна технологія (наприклад, вирощування штучного м'яса, шкіри, органів для трансплантації);
  • ембріотехнологія - зародкова технологія (наприклад, пересаджування ембріональних стовбурових клітин пуповинної крові для лікування променевої хвороби, репродуктивна технологія екстракорпорального запліднення);
  • біоінженерна технологія із застосуванням технічного підходу (наприклад, тестування ДНК з використанням біочипів, біопротезування, створення біосенсорів);
  • біотехнологія культивування організмів певних видів (наприклад, клональне мікророзмноження рослин, вермикультура, технологія вирощування печериці двоспорової);
  • біотехнологія захисту екосистем (наприклад, технологія фіторемедіації ґрунтів, біодеградації токсичних речовин).

Отже, сучасна біотехнологія демонструє необмежені можливості використання організмів у різних галузях народного господарства.

Який внесок вітчизняних вчених у розвиток біотехнології?

Питанню сучасного розвитку біотехнології присвячено дослідження вітчизняних учених, зокрема А. А. Кучко, К. М. Ситника, Д. М. Гродзинського, В. С. Підгорського, В. В. Моргуна, В. П. Широбокова, Я. Б. Блюма, А. В. Єльської та ін.

Україна має певні наукові здобутки, що стосуються генної, клітинної інженерії, інженерної ензимології, створення нових видів ліків, вакцин, біопрепаратів для захисту рослин і тварин тощо. Досягнення вітчизняних учених безпосередньо пов'язані з дослідженням стовбурових клітин, створенням біодетекторів різноманітних забруднень, виробництвом біодобрив, рослинних біостимуляторів, пробіотиків, кормових ферментних домішок, отриманням комплексів ферментів для переробки сільськогосподарської сировини й побутових відходів.

Сьогодні теоретичні й практичні аспекти біотехнології розв'язують у ряді наукових і вищих навчальних закладів. Серед них - Інститут клітинної біології та генетичної інженерії НАН України, Інститут фізіології рослин та генетики НАН України, Інститут молекулярної біології та генетики НАН України, Інститут картоплярства НААН України, Інститут садівництва НААН України, Інститут біоенергетичних культур і цукрових буряків, Нікітський ботанічний сад та інші.

В Україні розроблено низку державних програм, що визначають пріоритетні завдання новітніх біотехнологій:

  • «Мікробна біотехнологія» (наприклад, довготривале зберігання промислових штамів мікроорганізмів);
  • «Біотехнологія рослин та біобезпека» (наприклад, біотехнологія кріоконсервації культур клітин, картування геномів важливих культурних рослин);
  • «Нові лікарські препарати» (наприклад, створення антибіотиків спрямованої дії);
  • «Нові технології та засоби діагностики і лікування найбільш поширених захворювань» (наприклад, розроблення технології лікування онкологічних захворювань);
  • «Генна та аналітична біотехнологія» (наприклад, технологія генної терапії атеросклерозу, отримання цитокінів людини, створення біосенсорних систем контролю промислових процесів).

Результатом дослідницької роботи лікарів і біологів Донецького інституту невідкладної і відновної хірургії ім. В. К. Гусака НАМН України стала технологія вирощування кісток із стовбурових клітин. Методика ґрунтується на клітинній інженерії.

Отже, застосування результатів досліджень біотехнології є завданням пріоритетного значення, що може стати одним із суттєвих важелів підвищення ефективності економіки.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Самостійна робота. Сучасна біотехнологія як основа сталого розвитку

Назвіть розділи біотехнології, біологічні науки, що є їх теоретичною основою та приклади конкретних технологій, що вже застосовуються. Заповніть таблицю і сформулюйте висновок про роль біотехнології у розв'язуванні глобальних проблем людства.

Розділ

Теоретичні основи

Приклади технологій

Проект на тему «Трансгенні організми: за і проти»

Державні органи, дослідницькі інститути, неурядові організації й професійні об'єднання в усьому світі наводять аргументи «за» й «проти» штучного коригування генетичного коду організмів. Підготуйте проект і сформулюйте власну позицію щодо трансгенних організмів і перспективи використання генетично модифікованих харчових продуктів.

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Вибір професії. Професії майбутньої біотехнології

У майбутньому розвиток біотехнології приведе до появи багатьох нових професій у галузях харчової, промислової, медичної, ветеринарної, екологічної біотехнології, серед яких архітектор біосистем, архітектор медобладнання, урбаніст-еколог, системний біотехнолог, біофармаколог, біоетик, ГМО-агроном, сіті-фермер, ІТ-медик. У чому суть цих професій?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1-6

1. Що таке біотехнологія? 2. Назвіть розділи сучасної біотехнології. 3. Які біологічні науки є теоретичною основою біотехнології? 4. Наведіть приклад найвідоміших напрямів у біотехнології. 5. Назвіть імена видатних вітчизняних учених у біотехнології. 6. Наведіть приклад досягнень біотехнології в Україні.

7-9

7. Які основні завдання, розділи та напрями сучасної біотехнології? 8. Які теоретичні основи сучасної біотехнології? 9. Який внесок вітчизняних учених у розвиток біотехнології?

10-12

10. Сформулюйте власну позицію щодо трансгенних організмів і перспективи використання генетично модифікованих харчових продуктів.