ЗАСТОСУВАННЯ ДОСЯГНЕНЬ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ГЕНЕТИКИ, МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ ТА БІОХІМІЇ У БІОТЕХНОЛОГІЇ�

Яке значення досягнень молекулярної генетики для біотехнології?

• МОЛЕКУЛЯРНА ГЕНЕТИКА - це галузь біології, що вивчає молекулярні основи спадковості й мінливості живих організмів і вірусів.
• Молекулярна генетика стала теоретичною основою генної інженерії, метою якої є створення генетичних структур та організмів з новими комбінаціями спадкових ознак.

Найголовнішими досягненнями молекулярної генетики, що застосовуються в біотехнології - це

• закономірності організації та збереження генетичного матеріалу
• хімічна природа гена,
• штучний синтез гена,
• механізми реплікації й репарації ДНК.

До найважливіших методів молекулярної генетики, що їх використовують у генній інженерії, належать:�

​

• метод гібридизації ДНК з використанням ДНК-зондів - визначення фрагментів ДНК або РНК з певною генетичною інформацією за допомогою одноланцюжкових комплементарних фрагментів ДНК (ДНК-зондів)

​

• методи секвенування генів - встановлення послідовності нуклеотидів у молекулах ДНК

До найважливіших методів молекулярної генетики, що їх використовують у генній інженерії, належать:�

​

• метод полімеразної ланцюгової реакції - збільшення кількості фрагментів ДНК у біологічному матеріалі

​

• метод генетичних маркерів - ідентифікація фрагментів ДНК за допомогою специфічних нуклеотидних послідовностей з відомою первинною структурою

​

• методи перенесення генів за допомогою вірусних векторів або плазмід.

Для отримання генів, їх поєднання з векторами (плазмідами або вірусами) в генетичній інженерії використовують ферменти

• ревертази (ферменти, що каталізують синтез нитки ДНК на матриці іРНК),
• рестриктази (ферменти, що розрізають нуклеотидні послідовності в певних місцях)
• лігази (ферменти, що з'єднують нуклеотидні послідовності).

​

• Отже, досягнення молекулярної генетики дають змогу отримувати гени й переносити їх з метою конструювання клітин й організмів зі зміненою спадковою інформацією.

​

Яке значення молекулярної біології для біотехнології?

• МОЛЕКУЛЯРНА БІОЛОГІЯ - галузь біології, що вивчає біологічні процеси на рівні біополімерів - нуклеїнових кислот і білків та їх надмолекулярних структур.
• Молекулярна біологія разом з молекулярною генетикою стали фундаментом для клітинної інженерії, мета якої - створення нових клітин та отримання тканин, органів й організмів з клітинного матеріалу.

Для біотехнології фундаментальне значення мають такі досягнення цього розділу

• встановлення механізмів реалізації генетичної інформації

​

​

• біосинтезу білків

Для біотехнології фундаментальне значення мають такі досягнення цього розділу

• мембранного транспортування

​

​

• ферментного каталізу

​

• вивчення регуляторних механізмів цих процесів

Основними методами молекулярної біології, що їх застосовують у біотехнології, є:�

• метод соматичної гібридизації - поєднання соматичних клітин різних тканин або організмів для отримання нових комбінацій ознак;
• метод культури клітин (тканин) - виділення й перенесення клітин з організму на поживні середовища для отримання генетично однорідних популяцій клітин;

Основними методами молекулярної біології, що їх застосовують у біотехнології, є:�

• метод клонування організмів - отримання із застосуванням нестатевих способів розмноження клонів, що складаються з генетично однорідних клітин.
• Основою клонування є явище тотипотентності - здатність однієї клітини багатоклітинного організму давати початок цілому новому організму шляхом поділу.
• Технологія пересаджування ядер соматичних клітин в яйцеклітину, з якої власне ядро було вилучене, й наступне вирощування та отримання організму набуло широкого застосування як соматичне клонування (наприклад, клонування вівці Доллі).
• У клітинній інженерії розрізняють ще ембріональне клонування, за якого донорами ядер є морули або бластоцисти (наприклад, отримання й клонування химерних мишей).

​

Отримання клітин і клітинних продуктів експресії було б неможливим без участі таких ферментів

• полімерази (ДНК-полімерази, РНК-полімерази)
• синтетази (ферменти синтезу білків)
• протеази (ферменти розщеплення білків)
• нуклеази (ферменти розщеплення нуклеїнових кислот).
• Отже, досягнення молекулярної біології є основою більшості галузей біотехнології.

Для яких напрямів біотехнології фундаментальною основою є біохімія?

• БІОХІМІЯ - наука про хімічний склад і хімічні процеси, що відбуваються в клітинах живих організмів.
• Сучасна біохімія вивчає організми на

молекулярному рівні за допомогою

цілої низки методів:

• Електрофорезу
• Хроматографії

​

​

​

​

​

• Електронної мікроскопії

Для яких напрямів біотехнології фундаментальною основою є біохімія?

• БІОХІМІЯ - наука про хімічний склад і хімічні процеси, що відбуваються в клітинах живих організмів.
• Сучасна біохімія вивчає організми на

молекулярному рівні за допомогою

цілої низки методів:

• ультрацентрифугування,
• полярографії,
• методу мічених атомів.

На ґрунті фундаментальних досліджень біохімії створюються біотехнології

• для медицини, отримання лікарських препаратів (наприклад, вакцин, антибіотиків, вітамінів, ферментів)

​

• сільського господарства -кормів для сільськогосподарських тварин (наприклад, кормових білків із парафінів нафти) створення засобів догляду й захисту рослин (наприклад, створення біодобрив, біогумусу).

​

​

• промисловості, одержання харчових продуктів (наприклад, кефірів, йогуртів, сухого молока, хліба, соків

На ґрунті фундаментальних досліджень біохімії створюються біотехнології

• охорони довкілля: безвідходні технології очищення довкілля (наприклад, біотехнологія розкладу штучних полімерних матеріалів), добування екологічно чистих видів палива (наприклад, біогазу, біодизелю)

​

​

• Великим є значення біохімії у розв'язуванні екологічної проблеми утилізації та переробки відходів, створенні будівельних матеріалів нового покоління та створенні біотехнології отримання біорозщеплюваних матеріалів (наприклад, полігідроксіалканоатів).

​

Успіхи біохімії є фундаментом для розвитку таких напрямів біотехнології, як:�

• інженерна ензимологія - це галузь, що ґрунтується на використанні каталітичних функцій ферментів у ізольованому стані або у складі певних клітин для одержання продуктів (наприклад, біотехнологія отримання ферментів для освітлення фруктових соків)

Успіхи біохімії є фундаментом для розвитку таких напрямів біотехнології, як:�

• мікробіологічний синтез - галузь, що займається створенням промислових способів добування речовин і сировини за допомогою мікроорганізмів (архей, бактерій, нижчих грибів, одноклітинних рослин) і продуктів їхньої життєдіяльності (наприклад, біотехнологія одержання антибіотиків, штучних кормових білків, ферментів, вітамінів В2, В12, С, гіберелінів, стероїдних речовин);

​

Успіхи біохімії є фундаментом для розвитку таких напрямів біотехнології, як:�

• екологічна інженерія - галузь, завданням якої є поліпшення стану довкілля та створення технологій, що забезпечують очищення води, повітря, ґрунтів (основними інструментами галузі є «зелена хімія», «зелена енергетика», «зелений транспорт», біоочищення стічних вод, технологія очищення ґрунтів або водойм від забруднювачів за участі рослин - фіторемедіація)

​

Рослини-ремедіатори: 1 - верба п'ятитичинкова; 2 - гірчиця індійська

• Отже, біохімія є фундаментальною основою таких напрямів біотехнології, як інженерна ензимологія, мікробіологічний синтез, екологічна інженерія.

ДІЯЛЬНІСТЬ�Самостійна робота з ілюстрацією�

• Перед вами схема окремих етапів створення трансгенного сорту суниць. Назвіть ці етапи й укажіть методи й ферменти, що їх було використано під час створення сорту.

​

Домашнє завдання

• § 63. ЗАСТОСУВАННЯ ДОСЯГНЕНЬ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ГЕНЕТИКИ, МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ ТА БІОХІМІЇ У БІОТЕХНОЛОГІЇ

​

Джерела

• Підручник з Біології і екології. 11 клас. Соболь - Нова програма
• https://naurok.com.ua/prezentaciya-suchasni-molekulyarno-genetichni-metodi-doslidzhen-spadkovosti-lyudini-106474.html
• https://biomolecula.ru/articles/metody-v-kartinkakh-kletochnye-tekhnologii