Основное содержание
Course: Биология > Модуль 17
Урок 1: Введение в биотехнологиюВведение в биотехнологию
Что такое биотехнология? Этические вопросы в биотехнологии.
Основные моменты:
- Биотехнология — это использование организма, компонента организма, биологической системы или продуктов их жизнедеятельности для производства других продуктов или новых процессов.
- Многие отрасли современной биотехнологии используют методы, связанные с ДНК
- Технологии, связанные с ДНК — это секвенирование, анализ, вырезание и вставка ДНК.
- Распространённые формы технологий, связанных с ДНК включают секвенирование ДНК, полимеразную цепную реакцию, клонирование ДНК и электрофорез ДНК в геле
- Изобретения в области биотехнологии способны решать сложные проблемы и поднимать этические вопросы, на которые необходимо искать ответы при осознанном участии всего общества.
Введение
Что вы представляете, когда слышите слово «биотехнология»? Возможно, вы видели в новостях репортажи о клонированной овечке Долли, генетически модифицированных организмах или генной терапии.
Если вы подумали именно об этом, то вы абсолютно правы: всё это примеры биотехнологии. Но как насчет пивоварения, селекции сельскохозяйственных культур и антибиотика пенициллина? Эти процессы и продукты, некоторые из которых существуют уже тысячи лет, также являются примерами использования биотехнологий.
В этой статье мы сначала рассмотрим определение биотехнологии и поговорим о том, какие виды организмов (а также молекул и продукты жизнедеятельности организмов) она охватывает для производства полезных продуктов. Затем мы более подробно остановимся на ДНК-технологиях, методах воздействия и секвенирования ДНК. Технология ДНК имеет решающее значение для многих современных форм биотехнологии.
Что такое биотехнология?
Биотехнология — это использование живых организмов, части организма или другой биологической системы для получения продукта или процесса, пригодного для решения определённых задач.
Это очень широкое определение, и, как упоминалось уже ранее, оно может охватывать как передовые лабораторные, так и традиционные сельскохозяйственные, а также кулинарные методы, которые применялись на практике сотни лет. Взгляните на три примера биотехнологии и решите, как они подходят под это определение:
- Пивоварение. При пивоварении крошечные грибки (дрожжи) вводят в раствор солодового ячменного сахара, который они активно метаболизируют. Этот процесс называется ферментацией. Побочным продуктом ферментации является спирт, содержащийся в пиве. Здесь мы видим организм — дрожжи — который используется для производства продукта потребления человеком.
- Пенициллин. Антибиотик пенициллин вырабатывается некоторыми плесневыми грибами. Чтобы приготовить небольшое количество пенициллина на ранних стадиях клинических испытаний, учёным приходилось выращивать до
- Генная терапия. Генная терапия — это новый метод лечения генетических нарушений, вызванных нефункциональным геном. Он работает, доставляя ДНК «недостающего» гена в клетки тела. Например, при генетическом заболевании муковисцидоз у людей отсутствует функция гена хлоридного канала, продуцируемого в легких. В недавнем клиническом испытании генной терапии копия функционального гена была встроена в кольцевую молекулу ДНК бактерии (плазмиду) и доставлялась в клетки легких пациентов в форме мембранных шариков (при помощи спрея)
В этом примере биологические компоненты из разных источников (ген человека, плазмида бактерий) были объединены для создания нового продукта, который помог сохранить функцию лёгких у пациентов с муковисцидозом.
Как показывают эти примеры, биотехнология используется в производстве продуктов повседневной жизни, таких как спирт и пенициллин. Её также можно использовать для разработки новых медицинских методов лечения, таких как генная терапия для лечения муковисцидоза. Биотехнология используется при производстве продуктов питания и очистке от загрязнений окружающей среды.
Что такое ДНК-технологии?
Многие отрасли современной биотехнологии зависят от возможности анализировать, манипулировать, вырезать и встраивать в другое место фрагменты ДНК. Способы секвенирования и манипуяции ДНК иногда называются ДНК-технологиями
ДНК-технологии играют важную роль как для базовой, так и для прикладной (практической) биологии. Например, для создания копий последовательностей ДНК используется так называется полимеразная цепная реакция (ПЦР), которая находит применение при медицинской диагностике, в судебно-криминальных экспертизах, а также в обычных лабораторных исследованиях.
Примеры ДНК-технологий
Рассмотрим несколько примеров технологий анализа и изменения ДНК, повсеместно используемых в современной молекулярной биологии. Чтобы узнать более подробную информацию о них, пройдите по ссылкам ниже.
- Клонирование ДНК. При клонировании ДНК,учёные «клонируют», то есть создают множество копий интересующего их фрагмента ДНК, например, гена. Во многих случаях клонирование ДНК включает встраивание целевого гена в цикличную молекулу ДНК под названием «плазмида». Плазмида может реплицироваться в бактерии, порождая множество копий интересующего нас гена. В некоторых случаях этот ген экспрессируется в бактерии в белок (например, в используемый диабетиками инсулин).
- Полимеразная цепная реакция (ПЦР). Полимеразная цепная реакция — это ещё одна широко используемая технология манипуляции с ДНК, которая применяется практически во всех отраслях современной биологии. ПЦР позволяет создавать множество копий нужного фрагмента ДНК из шаблонного фрагмента. Эта технология используется, например, при копировании фрагментов ДНК, имеющихся в очень небольшом количестве (например, в капле крови на месте преступления).
- Электрофорез в геле. Электрофорез в геле — это технология, позволяющая визуализировать (непосредственно увидеть) фрагменты ДНК. Например, учёные могут анализировать результаты ПЦР, изучая фрагменты ДНК в геле. Электрофорез в геле разделяет подкрашенные фрагменты ДНК по их размеру, в результате чего учёные могут их увидеть.
- Секвенирование ДНК. Секвенирование ДНК — это определение последовательности нуклеотидных оснований (A, T, C и G) в молекуле ДНК. В одних случаях ДНК секвенируется последовательно небольшими фрагментами, в других — сразу крупными группами фрагментов (например, из целого генома).
В разделе ссылок вы можете познакомиться с более детальным описанием этих технологий. Вы увидите, как они используются в исследованиях, в медицине, а также найдёте другие примеры практического применения.
Биотехнологии порождают новые этические вопросы
Биотехнологии несут пользу людям и обществу, но от них также могут быть негативные или непредвиденные последствия. Это верно не только для био-, но и для всех форм технологий. Однако биотехнологии предлагают различные виды преимуществ и решают различные типы дилемм (задач), в то время как другие формы технологий не предоставляют такой возможности.
Очень важно, чтобы инновации в области биотехнологий (впрочем, как и других технологий) проходили тщательное тестирование перед допуском к всеобщему использованию. Клинические исследования и государственные законы гарантируют безопасность и эффективность продуктов биотехнологии, выходящих на рынок. Тем не менее, иногда появляется новая информация, из-за которой компании и государство пересматривают свои взгляды на безопасность и возможность прикладного применения нового изобретения. Мы наблюдаем подобное, когда тот или иной способ лечения неожиданно выводится с рынка.
Кроме того, биотехнологические инновации могут вызвать новые этические вопросы о том, как следует или не следует использовать полученную информацию, методы и знания.
- Некоторые из этих случаев связаны с частной жизнью и потенциальной дискриминацией. Например, может ли страховая компания выставить вам дополнительный счёт, если у вас есть ген склонности к определённому заболеванию? Как вы будете себя чувствовать, если ваш учитель или потенциальный работодатель получит доступ к вашему геному?
- Прочие вопросы связаны с безопасностью биотехнологий, их влиянием на здоровье и на окружающую среду. Например, пищевые культуры, имеющие ген, который позволяет им вырабатывать определённый инсектицид, с одной стороны снижает необходимость использования химикатов, но с другой — вызывает опасения относительно размножения в дикой среде или скрещивания с местной популяцией, что потенциально может привести к неожиданным экологическим последствиям.
- Биотехнологии могут давать знания, порождающие сложные этические дилеммы. Например, пренатальное тестирование позволяет диагностировать хромосомные патологии плода. Аналогично, человек, который из любопытства секвенировал свой геном, может узнать, есть ли у него неизлечимое заболевание, проявляющееся в старшем возрасте, например, болезнь Гентингтона.
Благодаря научным исследованиям мы получаем новую информацию, новые технологии и новые знания. При этом сами учёные не могут ответить на вопрос о том, как эти технологии следует использовать и должны ли они использоваться вообще. Поэтому важно, чтобы все члены общества имели право голоса в обсуждении потенциального влияния биотехнологических инноваций на повседневную жизнь.
Учитесь сами и делитесь своими знаниями с другими
Понимание основ биологии, на которых строятся современные биотехнологии, — это первый и важнейший шаг в определении их преимуществ и потенциальных подводных камней. Информация из данного раздела сайта поможет вам сформировать собственный инструментарий для понимания и развития биотехнологических инноваций.
Если вас интересует конкретная отрасль биотехнологии или волнуют потенциальные последствия её использования, лучше всего исследовать вопрос самостоятельно. При наличии противоречий найдите достоверные и непредвзятые источники, чтобы изучить аргументы со всех возможных сторон. Убедитесь, что вы хорошо понимаете научный базис, на котором основывается то или иное изобретение, что о нём известно (и что неизвестно), какие у него плюсы и минусы. Тогда и только тогда вы сможете сложить собственное, хорошо обоснованное мнение о том, следует ли использовать данную технологию.
Хотите присоединиться к обсуждению?
Пока нет ни одной записи.