М-21 біологія 31.05.22
Виконані завдання надіслати на електронну пошту
nataliasuhina15@gmail.com
Виконати (письмово):
31.05.2022
Лекція (2 год.)
Тема 7.2. Сучасна біотехнологія та її основні напрямки.
Опрацювати: Біологія 11 клас (за посиланням «Підручники»), с.188-195, §§50-51, лекційний матеріал
Виконати (письмово):
1. Що таке біотехнологія?
2. У яких галузях медицини широко застосовують біотехнологічні методи?
3. Чому трансплантація органів може становити небезпеку для самого пацієнта?
4. Чому застосування мікроорганізмів для синтезу органічних речовин часто є вигіднішим, ніж хімічний синтез?
5*. Які переваги дає прийом ліків у складі молока генетично модифікованих кіз порівняно з традиційними способами їх використання?
6. Що таке біологічна небезпека, безпека, біологічний тероризм?
7. Збудники яких захворювань можуть використовуватися з метою біологічного тероризму?
8. Які компоненти біологічного захисту існують у системі охорони здоров’я нашої країни?
9. За матеріалами з інтернет-джерел або §51 замалюйте в зошит офіційний знак біологічної небезпеки.
10*. Яку небезпеку, на Вашу думку, несе застосування методів генної інженерії при розробці біологічної зброї?
Біотехнологія та її напрями
Біотехнологія — це сукупність промислових методів, які застосовують для виробництва різних речовин із використанням живих організмів, біологічних процесів чи явищ. Сам термін «біотехнологія» з’явився в 70-х роках XX століття. Але насправді біотехнологічні принципи людина розробила вже давно. Низка продуктів харчування вироблялися за допомогою мікроорганізмів ще в Давньому Єгипті.
Біотехнологія тісно пов’язана з іншими науками. Вона розвивається на основі досягнень багатьох наукових галузей і сама сприяє їхньому розвитку. Сучасні біотехнології широко використовують у різних галузях: медицині, виробництві різноманітних харчових і нехарчових продуктів, для захисту навколишнього середовища і в межах концепції раціонального природокористування тощо.
Галузі застосування біотехнології
Сільське господарство:
• Виведення нових сортів рослин і порід тварин
• Створення біодобрив
• Виробництво вітамінів для годівлі тварин
• Захист рослин від шкідників і захворювань
Медицина і фармакологія:
• Виробництво лікарських препаратів
• Виробництво вакцин та сироваток
• Розробка надійних і швидких методів діагностики
• Генна терапія
• Регенеративна медицина і трансплантологія
Промислове виробництво:
• Виробництво ферментів для побутової хімії
• Отримання нових матеріалів
• Видобуток корисних копалин
• Виробництво енергії (біогаз)
Охорона природи:
• Біодеградація відходів
• Виробництво екологічно безпечних матеріалів
• Розробка біологічних методів боротьби зі шкідниками
• Попередження деградації ґрунтів
• Збереження зникаючих видів
Біотехнології отримання різноманітних речовин за допомогою мікроорганізмів отримали назву «мікробний синтез», а відповідга галузь промисловості – «мікробіологічна промисловість». За допомогою мікроорганізмів отримують лікарські препарати (наприклад, гормональні препарати, засоби для лікування інфарктів та спадкових захворювань тощо). Уся лимонна кислота, яка продається в наших магазинах, вироблена мікроорганізмами. Таким самим способом одержують і натрій глутамат, який є підсилювачем смаку й широко застосовується як харчова добавка.
Живі організми використовують і як засоби боротьби зі шкідниками та хворобами рослин. Використання природних збудників захворювань шкідників є набагато безпечнішим, ніж обробка отрутохімікатами. Хоча цей метод має свої недоліки — повільну дію, наприклад. І ще одна новітня галузь — виробництво ферментів для побутової хімії. Щоразу, коли ви купуєте, скажімо, пральний порошок із ферментами, ви користуєтеся продуктами біотехнології.
Біотехнології також активно використовуються в галузі захисту навколишнього середовища. Значна частина сучасних систем очищення води має у своєму складі комплекси біологічного очищення, у яких знешкодження шкідливих речовин здійснюють мікроорганізми. Часто з цією метою використовують і вищу водну рослинність (технологія біо-плато). Висадження лісових насаджень є одним зі способів вилучення з атмосфери вуглекислого газу, що може зменшити темпи глобального потепління.
Досягнення біотехнології в медицині
Біотехнологічні методи широко використовуються в таких галузях медицини, як репродуктивна медицина і трансплантологія. Репродуктивна медицина займається профілактикою, діагностикою та лікуванням безпліддя в людини. Ця проблема стала актуальною у зв’язку зі збільшенням кількості випадків безпліддя через постійний вплив на популяції антропогенних факторів, насамперед фізичного, хімічного і біологічного забруднення середовища. Вона базується на використанні найновіших розробок з ендокринології, хірургії, генетичної інженерії та інших галузей.
Гарно відпрацьованими і популярними технологіями репродуктивної медицини є технології штучного запліднення — екстракорпоральне (поза організмом жінки) та інтракорпоральне (в організмі жінки) запліднення. Для цього довелося вирішити велику кількість проблем, у тому числі проблеми отримання статевих клітин людини, оцінки їхнього стану, тривалого зберігання та виправлення наявних генетичних дефектів (за потреби).
Трансплантація — це пересадка реципієнту органа або тканини, які були взяті з організму донора. Пересаджувані органи й тканини називають трансплантатами. Для трансплантації можуть використовуватися як органи свого організму (наприклад, шкіра), так і органи та тканини інших людей або навіть деяких тварин.
Основною проблемою трансплантації є подолання імунного бар’єру. Будь-які чужі органи й тканини імунна система організму розпізнає й починає атакувати, намагаючись знищити чужорідні клітини. Це стає причиною загибелі й відторгнення трансплантатів. Для попередження цього процесу лікарям доводиться пригнічувати в пацієнта роботу імунної системи за допомогою спеціальних препаратів. Але зворотним ефектом такого пригнічення є збільшення ризику розвитку інфекційних та онкологічних захворювань.
Для уникнення проблеми імунного бар’єру потенційно найкращою технологією трансплантації може стати створення нових органів із використанням стовбурових клітин самого пацієнта шляхом ЗD-друку.
Успіхи у створенні генетично модифікованих організмів
Генетично модифіковані організми стали успішною основою багатьох проектів, пов’язаних із вирішенням продовольчих та медичних проблем. Першим великим успіхом було створення генетично модифікованих бактерій, які виробляли людський інсулін. До цього хворим на діабет доводилося робити ін’єкції інсуліну, який добували з підшлункових залоз свиней і телят. А він досить часто міг давати алергічні реакції.
Значним досягненням стало створення генетично модифікованого сорту рису, відомого, як «золотий рис». Завдяки генам із нарцису та бактерії ервінії цей рис отримав здатність виробляти бета-каротин і став чудовим джерелом вітаміну А. Щороку у світі через дефіцит цього вітаміну в продуктах харчування помирає від 1 до 2 млн людей. Свою назву цей сорт рису отримав завдяки золотистому кольору свого насіння.
Генетично модифіковані тварини використовуються не менш активно, ніж рослини. Так, у 2009 році було схвалено застосування ліків, які виробляються з молока генетично модифікованих кіз. До складу молока цих кіз входить речовина, яка є антикоагулянтом і знижує ризик утворення тромбів під час та після хірургічних операцій.
Біологічна небезпека
На жаль, взаємодія живих організмів із людиною може давати не тільки позитивний ефект. Тому було запропоновано поняття біологічної небезпеки — негативної дії біологічних об’єктів, яка створює небезпеку в медико-соціальній, технологічній, сільськогосподарській або комунальній сферах.
Джерелом біологічної небезпеки можуть бути представники будь- якої групи живих організмів. Передовсім це, звичайно, хвороботворні мікроорганізми — віруси, бактерії, паразитичні гриби та одноклітинні еукаріоти. Вони можуть бути причиною виникнення епідемій і, можливо, загибелі великої кількості людей. Слід зазначити, що значну біологічну небезпеку можуть створювати і непатогенні мікроорганізми. Наприклад, клостридії, які виробляють ботулотоксин, не є паразитами. Вони живляться мертвою органікою, а отруту виділяють для того, щоб їм конкуренти не заважали її їсти. Але консерви також є мертвою органікою, бактерії можуть поселятися в них і виробляти ботулотоксин, який і стає причиною ботулізму.
Біологічна небезпека може виникати і як побічний ефект життєдіяльності мікроорганізмів, із якими людина навіть не конкурує. Так, «цвітіння» води в результаті масового розмноження мікроскопічних водоростей негативно впливає на здоров’я людей, які перебувають у такий момент біля водойми. Причиною цього є не лише токсичні речовини, які виділяють водорості, але й продукти розпаду тіл організмів, що загинули внаслідок «цвітіння» води.
Джерела біологічної небезпеки
Групи організмів | Представники |
Організми, які можуть нанести фізичні пошкодження | Хижі тварини (тигри, акули, ведмеді), травоїдні тварини великих розмірів (корови, коні, слони), тварини з механічними засобами захисту (дикобрази, їжаки) тощо |
Збудники захворювань | Віруси (ВІЛ, вірус сказу), бактерії (паличка Коха, бліда трепонема, холерний вібріон), еукаріоти (малярійний плазмодій, ехінокок, бичачий ціп'як) |
Переносники захворювань | Комарі, кліщі, москіти, молюски, собаки, коти, кажани тощо |
Виробники токсинів | Отруйні членистоногі (каракурт, шершень) та інші представники безхребетних (медузи, молюски), отруйні хребетні (гадюка, скат-хвостокол), отруйні рослини (дурман, цикута), отруйні гриби (бліда поганка, мухомор смердючий), деякі мікроорганізми тощо |
Організми, побічні продукти діяльності яких можуть бути небезпечними | Продуценти алергенів (тополя, полин, пилові кліщі, домашні тварини), організми, які є причиною «цвітіння» води (динофітові, діатомові та зелені водорості, ціанобактерії) тощо |
Біологічний тероризм
Біологічний тероризм є різновидом тероризму, за якого проти населення застосовується біологічна зброя. Зазвичай як біологічну зброю використовуються збудників небезпечних інфекцій або токсини, які були ними вироблені.
Біотероризм може здійснювати напад або безпосередньо на населення (використовуючи збудників таких захворювань, як сибірська виразка, чума, віспа тощо), або на економіку певного регіону. В останньому випадку використовуються не збудники захворювань людини, а організми, які уражають сільськогосподарських тварин або культурні рослини. Такий варіант діє повільніше, але є більш безпечним для самих терористів.
Протягом останніх років було здійснено кілька терористичних атак із використанням біологічної зброї:
1972 рік — США, Чикаго. Спроба зараження міської системи водозабезпечення збудниками черевного тифу. Терористи арештовані до початку теракту, постраждалих немає.
1984 рік — США, Орегон. Зараження сальмонелами приміщень барів, ресторанів і магазинів. Захворіла 751 людина. Загиблих не було.
1993 рік — Японія, Токіо. Спроба зараження місць скупчення людей збудниками сибірської виразки. Постраждалих немає.
2001 рік — США. Розсилання листів зі збудниками сибірської виразки. Загинуло 5 осіб.
Біологічний захист та біологічна безпека
Для запобігання негативним наслідкам біологічної небезпеки та біологічного тероризму створюють системи біологічного захисту. Біологічний захист — це система комплексних заходів, спрямована на своєчасне виявлення біологічної небезпеки та забезпечення захисту від неї населення на відповідних територіях.
Біологічний захист передбачає здійснення адміністративно-господарських, режимно-обмежувальних і спеціальних протиепідемічних і медичних заходів.
У більшості країн сучасні системи охорони здоров’я створюють достатньо надійні комплекси біологічного захисту. Системи спостережень за поширенням небезпечних інфекцій дозволяють вчасно виявляти випадки захворювань і обмежувати їх поширення. А оповіщення через засоби масової інформації сприяє правильним діям населення в умовах небезпеки.
Залежно від виду біологічної небезпеки, дії для зменшення її впливу на людей будуть різні. Так, поширення респіраторних інфекцій вимагає широкого застосування респіраторів або інших засобів захисту дихальних шляхів. А інфекції, які потрапляють в організм із їжею, потребують контролю продуктів харчування та дотримання правил особистої гігієни.
Обов’язковим компонентом біологічного захисту населення є систематична та вчасна вакцинація населення. Саме масова вакцинація перешкоджає поширенню інфекцій. Тому вчасне проведення щеплень є дуже важливим для збереження життя і здоров’я населення.
Ще одним важливим поняттям є поняття біологічної безпеки. Біологічною безпекою називають такий стан середовища життєдіяльності людини, за якого відсутній будь-який шкідливий вплив факторів цього середовища на саму людину та її майбутніх нащадків. У такому середовищі також відсутній негативний вплив на біологічні об’єкти природного (організми природних екосистем) і штучного (домашні тварини, культурні рослини) середовища.
Комментарии
Отправить комментарий