Новейшие методы селекции: клеточная инженерия, генная инженерия, хромосомная инженерия
Основы селекции
Например, тритикале сочетает многие качества пшеницы (высокие хлебопекарные качества) и ржи (высокое содержание незаменимой аминокислоты лизина, а также способность расти на бедных песчаных почвах). Это один из примеров использования в селекции полиплоидии, точнее аллоплоидии. Еще более широко используется автополиплоидия. Например, в Беларуси возделывается тетраплоидная рожь, выведены сорта полиплоидных овощных культур, гречихи, сахарной свеклы. Все эти формы обладают более высокой урожайностью по сравнению с исходными формами, сахаристостью (свекла), содержанием витаминов и других питательных веществ. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды (пшеница, картофель и др.). Выведение новых высокопродуктивных сортов растений играет важнейшую роль в повышении урожайности и обеспечении населения продовольствием. Во многих странах мира идет «зеленая революция» — резкая интенсификация сельскохозяйственного производства за счет выведения новых сортов растений интенсивного типа. В нашей стране также получены ценные сорта многих сельскохозяйственных культур. При использовании новых методов селекции получены новые сорта растений. Так, академиком Н. В. Цициным путем отдаленной гибридизации пшеницы с пыреем и последующей полиплоидизации выведены многолетние пшеницы. открыть
Использование крупной белой породы в России
Начиная с 1950 - 1960 гг. свиноводство развивается в беконном и мясном направлениях. В этот период разрабатываются новые методы селекции - к числу таких приемов относится оригинальный прием при выведении новых линий умеренного и отдаленного инбридинга, названный «кольцеванием» линий и разработанный М.Ф. Ивановым и Н.Н. Завадовским (1928). Сущность этого метода сводится к замыканию родословной в своего рода «кольцо» путем спаривания животных, полученных от одного выдающегося родоначальника. Таким образом, были получены хряк Леопард 2897, Леопард 681, Тайга 6648, Драчун 2637. Высокий эффект в стаде дало умелое скрещивание инбредных линий Драчуна и Леопарда, от которых получены высокопродуктивные матки Тайга 2112 и Тайга 3782, отец которых Драчун 9779 удостоенный аттестатом первой степени ВСХВ (Н. Лобан, 2000). В период с 1970 по 1982 гг. проводили прилитие крови свиней крупной белой и йоркширской пород, завозимых из Англии, Швеции, Голландии. С использованием крови импортных свиней выведены линии Кингов, Кинг-Дэвидов, Фельдмаршалов (Гутиев М., 1991). По данным И. Швейко и В. Рыбалко (2002) материнские стада породы в настоящее время состоят из 15 семейств свиноматок, из которых самые многочисленные семейства Волшебницы - 25% и Черной Птички - 21%. открыть
Сельское хозяйство мира
Малотоварный сектор представлен мелкими и мельчайшими хозяйствами, выращивающими потребительские культуры; наряду с этим имеется и высокотоварное хозяйство, представленное крупными и хорошо организованными плантациями (плантации бананов в Центральной Америке, кофе - в Бразилии). Товарное сельское хозяйство Потребительское сельское хозяйство Отличается: Отличается: • высокой продуктивностью • низкой продуктивностью • интенсивностью развития • экстенсивностью развития • высоким уровнем специализации хозяйств • отсутствием специализации Включает в себя: • интенсивное земледелиеи животноводство с большим объемом заготовок • отсталое плужное и мотыжное земледелие • садоводство и овощеводство • пастбищное животноводство • пастбищное животноводство • кочевое и полукочевое скотоводство • экстенсивное земледелие парового и залежного типа • собирательство, охоту и рыболовство Сельское хозяйство развитых стран отличается резким преобладанием товарного сельского хозяйства. Оно развивается на основе механизации, химизации производства, применения биотехнологий, новейших методов селекции. Техническое перевооружение и интенсификация производства привели к увеличению доли крупных хозяйств с узкой специализацией. открыть
Спорогенез и гаметогенез у растений
Например, тритикале сочетает многие качества пшеницы (высокие хлебопекарные качества) и ржи (высокое содержание незаменимой аминокислоты лизина, а также способность расти на бедных песчаных почвах). Это один из примеров использования в селекции полиплоидии, точнее аллоплоидии. Еще более широко используется автополиплоидия. При использовании новых методов селекции получены новые сорта растений. Так, академиком Н.В. Цициным путем отдаленной гибридизации пшеницы с пыреем и последующей полиплоидизации выведены многолетние пшеницы. Такими же методами получены перспективные сорта новой зерновой культуры тритикале. Для селекции вегетативно размножаемых растений используются соматические мутации (они использовались и И.В. Мичуриным, но он называл их почковыми вариациями). Широкое применение получили многие методы И.В. Мичурина после их генетического осмысления, хотя некоторые из них теоретически так и не разработаны. Большие успехи достигнуты в использовании результатов мутационной селекции в выведении новых сортов зерновых, хлопчатника и кормовых культур. Однако наибольший вклад во все возделываемые сорта внесли образцы коллекции мирового генофонда культурных растений, собранные Н.И. Вавиловым и его учениками. открыть
Биотехнологии
Важнейшим открытием явилась разработанная в 1975 Г. Келером и С. Мильштейном техника использования гибридом для получения моноклональных антител желаемой специфичности. Моноклональные антитела используют как уникальные реагенты, для диагностики и лечения различных заболеваний. Биотехнология в сельском хозяйстве Вклад биотехнологии в сельскохозяйственное производство заключается в облегчении традиционных методов селекции растений и животных и разработке новых технологий, позволяющих повысить эффективность сельского хозяйства. Во многих странах методами генетической и клеточной инженерии созданы высокопродуктивные и устойчивые к вредителям, болезням, гербицидам сорта сельскохозяйственных растений. Разработана техника оздоровления растений от накопленных инфекций, что особенно важно для вегетативно размножаемых культур (картофель и др.). Как одна из важнейших проблем биотехнологии во всем мире широко исследуется возможность управления процессом азотфиксации, в том числе возможность введения генов азотфиксации в геном полезных растений, а также процессом фотосинтеза. открыть
Методы и условия культивирования изолированных клеток и тканей растений
Вторая группа методов ведет к самостоятельному, независимому от традиционных методов селекции, получению новых форм и сортов растений: клеточная селекция с использованием каллусной ткани, соматическая гибридизация (слияние изолированных протопластов и получение неполовых гибридов), применение методов генной инженерии. 1.Вспомогательное использование методов i vi ro в селекции растений В отдаленной гибридизации находят применение такие методы культуры изолированных тканей, как оплодотворение i vi ro, эмбриокультура (выращивание изолированных зародышей на искусственных питательных средах), клональное микроразмножение ценных гибридов, а также получение гаплоидов i vi ro и криосохранение. Оплодотворение i vi ro (преодоление прогамной несовместимости) проводится в том случае, когда невозможно осуществить оплодотворение между выбранными парами в естественных условиях. Это вызвано несколькими причинами: 1) физиологические (несоответствие во времени созревания пыльцы и т.д.); 2) морфологические (короткая пыльцевая трубка или блокирование роста ее на разных этапах развития и т.д.). Оплодотворение i vi ro можно осуществить двумя способами: а) культивирование на искусственной агаризованной питательной среде завязи с нанесенной на нее готовой пыльцой; б) завязь вскрывается и на питательную среду переносятся кусочки плаценты с семяпочками, вблизи которых или непосредственно на ткани плаценты культивируется готовая пыльца. открыть
Генно-инженерные методы как новый биотехнологический подход в аграрном секторе США
На заседаниях Римского клуба предсказывался неминуемый системный кризис современной цивилизации. Многие страны западной цивилизации участвуют в разработке и реализации идеи "устойчивого развития", смысл которой заключается в самоограничении ресурсопотребления развитых стран и оказания технологической помощи развивающимся странам, желая таким образом ослабить мировой системный кризис. Транснациональные корпорации стремятся поставить под контроль природные ресурсы планеты. Распространённым мнением считается и то, что сельскохозяйственная биотехнология является одним из направлений, ведущим к устойчивому сельскому хозяйству. Однако биотехнология, и особенно генная инженерия, являясь молодой отраслью деятельности человека, не предоставляет возможности оценить отдалённые последствия применения генно-инженерных продуктов и методов на всех уровнях организации живого: от клеточного до биосферы, и насколько наши сегодняшние прогнозы в отношении развития биотехнологии правильны и оправданы. Окажется ли биотехнология тем "костылём" в современной техногенной цивилизации, с помощью которого мы сможем разрешить многие проблемы, возникшие перед человечеством на рубеже тысячелетий. Список литературы открыть
Биотехнология
В Комплексной программе научно-технического прогресса стран — членов СЭВ в качестве первоочередных задач биотехнологии определены создание и широкое народнохозяйственное освоение: — новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов для медицины (интерферонов, инсулина, гормонов роста человека, моноклональных антител и т.д.), позволяющих осуществить в здравоохранении раннюю диагностику и лечение тяжелых заболеваний — сердечно-сосудистых, злокачественных, наследственных, инфекционных, в том числе вирусных; — микробиологических средств защиты растений от болезней и вредителей, бактериальных удобрений и регуляторов роста растений; новых высокопродуктивных и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, полученных методами генетической и клеточной инженерии; — ценных кормовых добавок и биологически активных веществ (кормового белка, аминокислот, ферментов, витаминов, ветеринарных препаратов и др.) для повышения продуктивности животноводства; новых методов биоинженерии для эффективной профилактики, диагностики и терапии основных болезней сельскохозяйственных животных; — новых технологий получения хозяйственно ценных продуктов для использования в пищевой, химической, микробиологической и других отраслях промышленности; — технологий глубокой и эффективной переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов, использования сточных вод и газовоздушных выбросов для получения биогаза и высококачественных удобрений. открыть
Мировая продовольственная проблема
Из этого можно сделать вывод, что Америка, которая вложила колоссальные средства и создала новую технологию, и Европа, которая, в общем-то, благополучна, у нее сейчас нет своих, традиционных методов и ей надо защищать своего производителя. Вот проблема. И вторая проблема: продукция - как продовольственное сырье, как наша пища. Любая высокая технология должна требовать и высокой культуры производства на всех этапах. Со всем этим надо обращаться очень осторожно и умеючи. В любом случае, это - новый сорт. Неважно, как он получен (методами генной инженерии или обычным методом селекции), это - новый сорт. Его надо лелеять и за ним надо наблюдать. Проблема - качество и безопасность продукции. Безопасность не только для нас с вами, но и для будущих поколений. Из этого следует, что несмотря на положительные стороны генных биотехнологий, остаётся много открытых, неизученных проблем и вопросов. 2.1 Продовольственная безопасность. По определению, данному в 1996 году в ходе саммита ООН по сельскому хозяйству и продовольствию (ФАО), «продовольственная безопасность обеспечена, когда все люди в любое время имеют физический и экономический доступ к безопасному и питательному продовольствию, достаточному, чтобы удовлетворить свои физиологические потребности и предпочтения, необходимые для активной и здоровой жизни». открыть
Неспецифический иммунитет
Эта система не создает длительной невосприимчивости к конкретной инфекции. Система врождённого иммунитета осуществляет основную защиту у большинства живых многоклеточных организмов. АктуальностьВ настоящее время одной из наиболее актуальных проблем фундаментальной и клинической иммунологии является изучение врожденного иммунитета. Врожденный иммунитет является первой линией защиты организма от патогенов. Он реализуется через клеточные и гуморальные факторы. Факторы врожденного иммунного ответа предсуществуют или индуцируются быстро после инфекции. Компоненты врожденного иммунного ответа не изменяются в процессе жизни организма, контролируются генами зародышевой линии и передаются по наследству. Система врожденного иммунитета - это самая первая линия обороны на пути инфекционного агента, пытающегося проникнуть в организм. Удивительные факты, обнаружившиеся при ее исследовании, помогут в создании новых методов лечения заболеваний и патологий, связанных с нарушениями иммунитета. Обязательным атрибутом нормальной аэробной жизни является генерация так называемых кислородных метаболитов . Эти высокореактивные соединения обладают широким спектром биологического действия, в том числе проявляют свой мощный окислительный потенциал в бактерицидности фагоцитов. открыть
Концепции современного естествознания
Разрабатываются методы лечения наследственных болезней путем введения генов с правильной информацией в клетки, содержащие дефектные гены или добавлением новых генов, в которых имеются вещества для борьбы с болезнью (генотерапия). 3.Профилактика. Одним из перспективных направлений генной инженерии является культивирование генов больных и здоровых людей в клетках других живых организмов с целью изучения молекулярных основ наследственных заболеваний человека. Клонирование – процесс, в ходе которого живое существо производится от единственной клетки, взятой от другого живого существа. Генная инженерия лежит в основе современной биотехнологии. ПРИМЕНЕНИЕ: в медицине и фармацевтике (гормон роста, интерферон, клонирован ген инсулина, нейропиптиды – белки головного мозга, регулирующие такие биологические процессы как сон, память, боль ит.д.), получение пищевых продуктов из трансгенных растений (генетически измененные с заданными параметрами). С 1996 года выращивают трансгенную картошку, кукурузу, сою, однако, далеко не все ученые уверены в их безопасности. открыть
Ветеринарная медицина: основные проблемы и этика научных исследований
К новым направлениям можно отнести ветеринарную иммунологию, генетику, лейкозологию и онкологию, гнотобиологию. Перспективным также считается использование ветеринарных аспектов животных, особенно в промышленном животноводстве. Современная биотехнология уже делает вклад в ветеринарную медицину. Здесь особенно ощутимым является создание генно-инженерных вакцин для профилактики болезней животных, использование моноклональных антител с диагностической и лекарственной целью, иммуноинвазионных болезней для диагностики инфекционных и инвазионных болезней с/х животных. Новым подходом к созданию вакцинных препаратов является использование методов генной инженерии. Например, создание таким методом вакцин против ящура полностью предотвращает опасность занесения вируса в окружающую среду. Новые методы удешевят технологию производства вакцин и снимут проблему возможной остаточной вирулентности. Использование методов генной инженерии является перспективным для создания вакцин против таких вирусных болезней, при которых не удается получить стабильного вакцинированного штамма. открыть
Медицинская генетика
Эмбриолог сталкивается снова с генетической проблемой, и неудивительно поэтому, что исследования эмбриологов посвящаются этим основным проблемам связи между эмбриологией и генетикой. Итак, можно выделить несколько основных направлений в развитии генетики: - генетика онтогенеза; - генетика человека; - генетика растений; - генетика животных; - генетика микроорганизмов; - генетика популяций; - генетика и экология; - генетика и эволюция; - генетика медицинская; - генетика и радиация; - генетика адаптаций и др. Генетика человека не только использует достижения, полученные в исследованиях на других организмах, но и сама обогащает наши теоретические познания. Выбор нового объекта или применение новых методов, вызывающих расцвет генетики, каждый раз лишь на короткое время, сменяется периодом стабилизации, за которым следует новый подъем, появление новой области генетических исследований. Каждая новая фаза развития генетики не снимает предыдущих достижений, а, наоборот, расширяет и углубляет их. Генетические исследования постоянно расширяются, ибо именно генетика призвана осветить проблемы жизни, ее возникновения и развития. §2. Клонирование и генная инженерия. открыть
Синхротронное излучение: из рук физиков - в руки врачей
Перспективы Использование синхротронного излучения в медицине имеет хорошие перспективы не только в области рентгеновской диагностики и терапии, но и в более широком плане, который поначалу может показаться фантастическим. Например, с помощью СИ можно создать микроустройства (капсулы с дистанционно управляемыми микродвигателями), которые, двигаясь по сосудам, будут доставлять лекарственные препараты в нужное место и в нужных количествах. Метод создания подобных микроустройств уже достаточно хорошо разработан (глубокая рентгеновская литография); он позволяет изготавливать микродвигатели, химические микрореакторы и другую микротехнику. Выгоды от применения такой техники достаточно очевидны. В медицине это может привести к принципиально новым методам лечения. И дело не только в том, что лекарства будут использованы более эффективно и их потребуется намного меньше, чем при пероральном введении или инъекциях. Одно из возможных применений может быть связано с генной инженерией. Исследования в области генотерапии болезней человека показывают перспективность введения ДНК-конструкций в стволовые костно-мозговые клетки . открыть
Лига выдающихся руководителей
Любому руководителю сложно принимать дела компании у ее основателя. А теперь представьте себе, что этот основатель является обладателем патентов на электрическое освещение, граммофон, синематограф, щелочную батарею и передачу электричества. Однако Коффин понимал, что его работа заключается не в том, чтобы стать вторым Томасом Эдисоном. Изобретением Коффина стала корпорация Ge eral Elec ric Co. Коффин внедрил две инновации, каждая из которых имела огромное значение: открытие в Америке первой исследовательской лаборатории и идею систематического совершенствования методов управления. Эдисон был гением с армией помощников, Коффин же создал гениальную систему управления, не зависящую от него. Подобно основателям Соединенных Штатов, он создал идеологию и механизмы, которые превратили его организацию в одну из самых устойчивых в мире, методы управления которой имитируются многими другими компаниями.Эдисон был не единственный, кто затмил Коффина. Эпоха Коффина (1892-1912) была названа «эпохой Штейнмеца» в честь выдающего инженера-электрика Ge eral Elec ric Co. Чарльза П. Штейнмеца (Charles P. S ei me z). Та небольшая известность, которой пользовался Коффин, вскоре поблекла благодаря появлению новых имен других выдающихся управленцев, работавших в Ge eral Elec ric Co.: Суоп, Кординер, Джонс и Уэлч.В частности, положение Джека Уэлча (Jack Welch) в этом пантеоне достигло сейчас таких высот, что Ge eral Elec ric стали назвать «Домом, Который Построил Джек». открыть
Санитары биосферы
И микробы не только демонстрируют фантастическую способность к их переработке, но и непрерывно эволюционируют. И здесь специалисты возлагают надежды на микроорганизмы, полученные методами генной инженерии и обладающие нужными свойствами. Однако общество боится гипотетических рисков генной инженерии, в том числе и «выведенных» с ее помощью микроорганизмов. Кстати, далеко не все генетически модифицированные микроорганизмы – продукты генной инженерии: они прекрасно обмениваются генами и в природе. Что ж, в биотехнологии, как и в любой новой технологии, никогда не будет гарантии нулевого риска. Просто современные знания позволяют ученым утверждать, что микроорганизмы можно с успехом применять для очистки многострадальной природы от токсичных соединений. Преимущество микроорганизмов при очистке от нефтепродуктов удалось продемонстрировать в 1989г., когда танкер «Валдиз» компании «Экссон» наткнулся на риф у побережья Аляски. В море вылилось около 40тыс.т нефти, загрязнившей 2тыс.км побережья. Это было самым значительным загрязнением за всю историю США, и произошло оно в одном из самых чистых уголков Земли. открыть
Генная инженерия
В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств. Сущность методов генной инженерии заключается в том, что в генотип организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. В результате встраивания в генотип ранее отсутствующего гена можно заставить клетку синтезировать белки, которые ранее она не синтезировала. Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Этот процесс состоит из нескольких этапов. Рестрикция — разрезание ДНК, например, человека на фрагменты. Лигирование — фрагмент с нужным геном включают в плазмиды и сшивают их. Трансформация —введение рекомбинантных плазмид в бактериальные клетки. Трансформированные бактерии при этом приобретают определенные свойства. Каждая из трансформированных бактерий размножается и образует колонию из многих тысяч потомков — клон. Скрининг — отбор среди клонов трансформированных бактерий тех, которые плазмиды, несущие нужный ген человека. открыть
Пластичность мозга
Так или иначе, свести объяснение действия МЭС к каким-то отдельным молекулам либо клеточным сигнальным системам было бы, по-видимому, некорректно. Важное достоинство микроэлектростимуляции слабыми токами — в том, что она, в отличие от популярных ныне методов заместительной клеточной и генной терапии, запускает эндогенные, собственные механизмы пластичности мозга. Главная проблема заместительной терапии даже не в том, чтобы накопить необходимую массу клеток для трансплантации и ввести их в поражённый орган, а в том, чтобы орган принял эти клетки, чтобы они смогли в нём жить и работать. До 97% клеток, трансплантированных в мозг, погибает! Поэтому дальнейшее изучение МЭС в индуцировании процессов регенерации мозга представляется перспективным. Заключение Мы рассмотрели лишь некоторые примеры пластичности мозга, связанные с восстановлением повреждений. Другие её проявления имеют отношение к развитию мозга, точнее, к механизмам, ответственным за память, обучение и другие процессы. Возможно, здесь нас ждут новые захватывающие открытия. (Вероятный предвестник их — неонейроногенез в ассоциативных зонах лобной, теменной и височной долей взрослых обезьян.) Однако у пластичности мозга есть и отрицательные проявления. открыть
Достижение современного естествознания в биологии
Известны микроорганизмы, перерабатывающие глюкозу во многие полезные химические продукты. Однако чаще такое растительное сырье потребляется в качестве пищевых продуктов. Для ферментации можно использовать биомассу в виде отходов сельского и лесного хозяйств. Однако она содержит лигнин, препятствующий биокаталитическому расщеплению и ферментации целлюлозных компонентов. Поэтому природную биомассу необходимо предварительно очистить от лигнина. Дальнейшее развитие биотехнологий связано с модификацией генетического аппарата живых систем. Генные технологии Генные технологии основаны на методах молекулярной биологии и генетики, связанных с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Генные технологии зарождались в начале 70-х годов XX в. как методы рекомбинантных ДНК, названные генной инженерией. Основная операция генной технологии заключается в извлечении из клеток организма гена, кодирующего нужный продукт, или группы генов и соединение их с молекулами ДНК, способными размножаться в клетках другого организма. открыть
Биологический уровень и биологические концепции формирования материи
Генетика решает эти проблемы на различных уровнях формирования живой природы – молекулярном, клеточном, организма, популяции. Сегодня генетика – определение продуктивных методов отбора и оптимальной системы гибридизации важных проблем, решаемых в тесной связи факторов селекционер – практики, и управление наследственными показателями. В области медицины же генетика разрабатывает мероприятия по охране человека от влияния вредных мутагенов окружающей среды. Самые большие открытия современной генетики связаны с воссозданием генов, с определением способности изменчивости. Это свойство гена (изменение генной информации) называется мутацией (от латинского слова mu a io - изменение). Влияние мутаций на организм может быть полезным, вредным и нейтральным. В результате влияния мутации на организм может родится новый вид организма – мутант. Необходимо отметить, что причины мутации ещё до конца не изучены. Несмотря на это причины, порождающие мутацию, уже известны науке. Это мутагены, порождающие изменчивость. Например, стало известно, что мутации могут порождаться целым рядом присущих организму условий, в том числе питанием организмов, температурным режимом и другими факторами. открыть
