Реферат: Генноинженерные биотехнологии
Ще один цікавий об’єкт – гени фотосинтезу. Йдеться про перетворення світла на вуглеводень. Тут – безмежне поле досліджень для генетиків.
А от усім нам знайомі світлячки. Виявляється, з їхньою допомогою можна зробити ліхтарі. У Японії навіть прийнято п’ятирічний план створення ліхтаря на основі люциферин-люцеферазної реакції. В нього вкладено 1,8 мільярда ієн. Японці збираються виділити гени світлячків, що відповідають за цю реакцію, і ввести їх у дерева, які з настанням сутінок світитимуться замість ліхтарів. У такий спосіб можна заощадити чимало електроенергії.
З використанням клітинної і тканинної біотехнології у багатьох лабораторіях світу ведуться роботи з метою створення штучних органів.
Завдяки генно-інженерним методам з’явилися форми бактерій, які вилуговують із збіднених руд залишки урану, він переводиться у розчинний стан і далі концентрується. Подібні розробки ведуться і в Україні, зокрема в Інституті колоїдної хімії ті хімії води НАНУ, але не з ураном, а із золотом. Золото добувається із збіднених руд Мужіївського родовища у Закарпатті. Бактерії здійснюють селективну гетеро коагуляцію з частинками золота. Ця розробка зареєстрована як відкриття у 1986 році. Застосування даної технології дало змогу торік Мужіївській збагачувальній фабриці одержати десятивідсотковий приріст золота.
Воістину генно-інженерні технології відкривають перед людством небачені перспективи.
Розділ 2. Біотехнологічні методи відтворення скота.
Біотехнологія – це наука про використання біологічних процесів для практичних цілей. Багато хто з біологічних прийомів уже знайшли широке практичне застосування у тваринництві, інші ще не вийшли зі стін лабораторій, але вже в найближчому майбутньому докорінно можуть змінити систему розведення тварин і додати їм зовсім новий напрямок.
Найбільш яскравим прикладом використання біотехнології у тваринництві є метод штучного запліднення. Він дозволив у порівняно короткий термін різко підвищити генетичний потенціал сільськогосподарських тварин, особливо у великої рогатої худоби, овець і коней, і трохи менш масштабно у свиней і птаха. На жаль, останнім часом у нашій країні ослабнула увага до цього прогресивного прийому. У результаті йде помітне зменшення відсотка запліднення великої рогатої худоби, свиней; до вкрай низького рівня знизилося запліднення овець. Безсумнівно, що одна з основних причин – це руйнування в останні роки організаційних форм ведення тваринництва. Не менш важлива причина – відставання вітчизняного тваринництва у використанні сучасних біотехнологій.
Низька рентабельність тваринництва обумовлена безплідністю. Точно встановлено, що затримка плідного запліднення корови, починаючи з 89-100 днів після отелення, супроводжується щоденним недоодержанням 10-13 кг молока до моменту плідного запліднення. Неважко бачити, який економічний збиток це приносить господарствам.
Аналогічні економічні втрати спостерігаються у свинарстві, де значна частина свиноматок не приходить в охоту в перші дні після відібрання поросятчи плідно не осеменяється, а на їхнє отримання йдуть непродуктивні витрати.
Разом з тим, в останні роки розроблений цілий ряд біотехнологічних прийомів, що дозволяють до мінімуму скоротити економічні утрати від безплідності тварин. Це насамперед прийоми синхронізації і стимуляції полової охоти. Метод синхронізації охоти у тварин дає можливість регулювати час приходу в охоту й овуляцію у групи тварин у визначений термін. Синхронізація охоти у корів і телиць проводиться шляхом ін'єкцій аналогів простагландина 2-альфа (эстрофана, антипроста,клопростенола й інших). Застосовують дві схеми обробки тварин простагландином: однократну і дворазову. Після однократної обробки охоту виявляють приблизно 60% тварин, яких осеменяють через 2-3 доби після обробки, а що залишилися обробляють простагландинами повторно через 10-12 днів і осіменяють також у наступні 2-3 дня в міру приходу в охоту.
Заслуговує на увагу і наступна схема обробки корів простагландином. Фахівці ферми визначають мінімальний інтервал між отеленням і першим заплідненням корів. Приміром, якщо за мінімальний проміжок часу між отеленням і першим заплідненням приймають 50-60 днів, те день обробки простагландином (день 1) буде включати всіх корів, що отелилися 50-56 чи 60-66 днів назад. Усім коровам уводять простагландин у день 1 і осіменяють їх у міру приходу в охоту. Корів, що не будуть запліднені до 8-го дня, повторно обробляють простагландином одночасно з новою групою корів, відібраних для першої обробки в обраний термін після отелення. Спостереження за коровами з метою виявлення охоти ведуть до 15-го дня. Корів, що не прийшли в охоту в початковий термін, обстежує ветлікар для виявлення порушень функції репродуктивних органів.
Методи синхронізації полової охоти у свиней дають можливість краще організувати систему виявлення охоти і запліднення тварин, раціонально розподілити час гормональної обробки і запліднення по робочих днях, ефективніше використовувати виробничі приміщення і, у кінцевому рахунку, забезпечити з високою точністю проведення всіх технологічних процесів виробництва продукції.
Для синхронізації охоти в статевозрілих ремонтних свинок гальмують плин полового циклу у визначеної групи свиней на стадії проэструса шляхом обробки прогестероном чи його аналогами. Тут як би імітується дія прогестерона під час природного полового циклу. Після припинення дії прогестерона це гальмування припиняється, і усі свинки в групі, що знаходяться на одній стадії полового циклу, у проэструсе одночасно виявляють охоту й овуляцію. Найбільш розповсюдженим у даний час препаратом для синхронізації охоти у свиней є регумейт, що вводять з кормом у дозі 20 мг протягом 18 днів. Ефект синхронізації охоти підвищується, якщо через 24 години після останнього введення регумейта инєцирують 600-800 ИЕ СЖК.
Синхронізація охоти у кобил досягається однократною ін'єкцією простагландина протягом трьох днів, якщо проводиться під час сформованого жовтого тіла. Як і в корови, жовте тіло кобили несприйнятливе до дії простагландина в перші п'ять днів полового циклу. Однак овуляція в кобил під дією простагландина синхронізується менш точно. Внутрішньовенне введення ХГ викликає діючу овуляцію в кобил і завдяки цьому скорочує число запліднень в одну охоту при одночасному підвищенні запліднюваності. Подолання сезонного неглибокого анэструса в кобил досягається 7-10- денними ін'єкціями прогестерона.
Великий інтерес представляє контроль часу пологів біотехнологічними методами. Організація спостережень за процесом пологів у точно призначений термін значно знижує втрати немовлят. Найбільше успішно цей прийом застосовується у свинарстві. Викликання пологів у групи свиней у точно призначений термін досягається застосуванням простагландинов. Через те, що ріст плодів у свиней продовжується до 115-го дня вагітності, штучне викликання пологів проводиться не раніше 113-го дня супоросності. У більшості оброблених тваринних пологів починаються в середньому через 24+-5 годин після ін'єкції; у 95% з них пологи проходять протягом 36 годин.
Останні два десятиліття ознаменувалися активною розробкою нових біотехнологічних прийомів до розведення тварин, а саме, трансплантації ембріонів, запліднення яйцеклітин поза організмом, клонування ембріонів і одержання трансгенних тварин.
Останнім часом у зв'язку з успіхами в розробці методу клонування тварин з використанням соматичних клітин, заслуговує на увагу проведення трансфекції цих кліток чужорідним геном, а потім використання їх як джерела ядра пересадження. Це забезпечить більш ефективне одержання трансгенних ембріонів і тварин.
Обговорюються кілька областей застосування трансгенних сільськогосподарських тварин: підвищення швидкості росту і зниження відкладення жиру в туші, резистентність до хвороб, якість тваринницької продукції і створення тварин-продуцентів коштовних біологічно активних речовин, головним чином, людських лікарських білків.
У 1982 році були отримані перші трансгенні миші з геном гормону росту, у яких спостерігалося чотириразове збільшення швидкості росту і подвоєння кінцевої живої маси. На противагу результатам, отриманим на мишах, у трансгенних свиней з геном гормону росту не спостерігалося аналогічного прискорення росту. Тільки при згодовуванні трансгенним свиням раціону з підвищеним змістом протеїну (18% замість 16%) у них були на 16,5% більш високі середньодобові прирости ваги. Однак у трансгенних свиней зафіксоване більш ніж дворазове зменшення товщини шпику в порівнянні з контрольними свинями. Розходження по швидкості росту між трансгенними мишами і свинями порозуміваються тим, що на використовуваних мишах не вели селекцію по їхній швидкості росту, а на свинях протягом багатьох поколінь таку селекцію вели і тому генетичний потенціал росту, очевидно, знаходиться недалеко від потенційного плато свиней.
Одержання трансгенних тварин, стійких до захворювань, представляється в даний час більш перспективним, чим збільшення продуктивності. Незважаючи на те, що резистентність до ряду захворювань – полігенна ознака, маються механізми резистентності, що ґрунтуються на одиничних генах і це уселяє впевненість в успіху використання трансгенних тварин, стійких до захворювань. Відомо, що чи проникненню розмноженню патогенів перешкоджають, головним чином, имунні механізми. У зв'язку з цим становить інтерес створення трансгенних тварин, продуцирующих різні речовини, що володіють імунологічними здібностями. Відомі окремі гени, відповідальні за стійкість до різних захворювань: ген Нх+ мишей резистентності до вірусу грипу, ген стійкості до диареї немовлят-поросят ген, що регулює зміст лактоферина в тканинах молочної залози, що підвищує опірність до маститу.
Великий інтерес представляє одержання трансгенних тварин, що містять антизначеневий (ас) ген проти визначених вірусів. Механізм дії складається в експресії ас РНК у клітках і її наступній гібридизації зі значеневим РНК. Це приводить до ингибировання реплікації вірусного генома. У Біотехцентрі Россільгоспакадемії отримані трансгенні кролики з геном ас РНК проти лейкозу великої рогатої худоби. Продемонстровано стійкість цих тварин до вірусу лейкозу. Перенос цієї розробки на велику рогату худобу мало б величезне народногосподарське значення, тому що відсоток зараження вірусом лейкозу тварин цього виду високий.
Найбільша увага останнім часом приділяється одержанню трансгенних тварин, продуцируючих з молоком біологічно активні речовини. Використання трансгенних тварин у якості біореакторів важливих рекомбінантних білків має ряд переваг у порівнянні з мікроорганізмами. Цілий ряд білків не може продуцироватися мікроорганізмами у своїй активній формі, тому що в бактеріях не відбувається до кінця або не завершуються посттрансляційні модифікації, що знижує біологічну активність білків. При цьому виникають труднощі при очищенні білка через те, що мікроорганізми не виділяють синтезований білок у середовище, а акумулюють його в цитоплазмі.
Найбільших успіхів в одержанні трансгенних тварин для виробництва лікарських білків людини досягла фірма Джинзайм Трансгенетикс (США), де отримано близько 30 лікарських білків людини, а 14 з них з концентрацією не менш 1 г на літр молока. Це приблизно в десять разів перевищує рівень виробництва білка в традиційних клітинних системах.
Таким чином, багато які біотехнологічні прийоми знайшли широке практичне застосування у тваринництві і використовуються з великим економічним ефектом. Можна сподіватися, що наступною найбільш помітною біотехнологічною розробкою стане клонування тварин, що докорінно змінить традиційні методи розведення. Ще більш значним біотехнологічним прийомом буде одержання трансгенних тварин, як для цілей зміни продуктивності й інших якостей тварин, так і для використання в якості біореакторів дешевих людських лікарських білків.
Заключення.
Біотехнологія є одним з пріоритетних напрямів, які забезпечують прискорення науково-технічного прогресу.
Нова біотехнологія сформувалась на базі молекулярної біології клітинної та генетичної інженерії, що розвиваються швидкими темпами, широкого використання методів біохімії, біоорганічної хімії та інших наук. Сьогодні нову біотехнологію використовують при вирішенні багатьох практичних питань, щодо підвищення ефективності охорони здоров’я, збільшення продовольчих ресурсів і забезпечення господарств сировиною, створення і використання рентабельних поновлювачів джерел енергії і безвідходних виробництв, зменшення шкідливих антропогенних впливів на навколишнє середовище та в інших галузях.
Основне завдання біотехнології – це виробництво біологічно активних речовин для задоволення потреб охорони здоров’я, а також галузей агропромислового комплексу в таких обсягах і з такою собівартістю, які дають можливість виробленій біотехнологічній продукції бути конкурентноздатною.
Список використаних джерел.
1. Айала Ф. Введение в популяционную и єволюционную генетику: Пер. с англ.,-М.: Мир, 1984. – 232 с.
2. Генетика сільськогосподарських тварин / В.С.Коновалов, в.П.Коваленко, М.М. Недвига та ін.- К.: Урожай, 1996. – 432 с.
3. Мацука Г. Горизонти генноінженерних біотехнологій. – Вісник НАНУ, №1, 2000.
4. Прокофьев М.И. Перспективы использования биотехнологии в животноводстве. – Зоотехния, №4, 1999.
5. Проценко М.Ю. Генетика: Підруч. – К.: Вища шк., 1994. – 303 с.
6. Тарасенко Н.В. Биотехнологические методы воспроизведения скота. – Зоотехния, №4, 2001.
