Лекция 62

1. Лекция 62 Биотехнологии в жизни. Биотехнологии в медицине

Преподаватель Гордеева Е.В.

2. План занятия

• Понятие «биотехнология»
• Биотехнология, как наука
• Основные направления современной биотехнологии
• Методы и объекты биотехнологии
• Этика биотехнологических и генетических экспериментов
• Развитие биотехнологий в области медицины
• Применение биотехнологий в жизни человека

3. Понятие «биотехнология»

Биотехнология — это использование организма, компонента организма,
биологической системы или продуктов их жизнедеятельности для
производства других продуктов или новых процессов.

4.

5. Биотехнология как наука

Биотехнология основана на:
o генетике,
o биохимии,
o молекулярной биологии,
o химической и информационной технологиях,
o эмбриологии,
o микробиологии и
o клеточной биологии,
o робототехнике.
Разные направления
биотехнологии условно
выделяют в цвета.

6. Объекты биотехнологии

o микроорганизмы (бактерии, вирусы, грибы);
o клетки растений и животных;
o генетический материал (ДНК, РНК)

7.

Биотехнологические
процессы подразделяются на
• биологические,
• биохимические,
• биоаналогичные.
К первым относят те из них,
которые основываются на
использовании эукариот,
прокариот, вторые - на
использовании ферментов,
третьи - на химическом
синтезе.
Некоторые
биотехнологические процессы
имеют свои специфические
особенности (культивирование
вирусов гриппа на куриных
эмбрионах).
С учетом этого все
биотехнологические процессы
делятся на микро биологические, фито-, зообиотехнология.

8. Методы биотехнологии

o Генная инженерия — изменение генома организма с
целью получения новых свойств.
o Клонирование — создание генетически идентичных
копий живых организмов.
o Клеточная инженерия — манипуляция с клетками для
получения новых клеток или тканей.
o Ферментация — использование микроорганизмов для
производства продуктов питания, лекарств и других
веществ.

9. Генная инженерия

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.
Секвенирование ДНК — это процесс определения последовательности
нуклеотидов (A, T, C и G) в фрагменте ДНК.
В секвенировании по Сэнгеру целевая ДНК копируется много раз, образуя
фрагменты разной длины. Флуоресцентные нуклеотиды — «терминаторы
цепи» — маркируют концы фрагментов и позволяют задать нужную
последовательность.
Секвенирование нового поколения — это новый масштабный подход,
который увеличивает скорость и снижает стоимость секвенирования ДНК.

10. Секвенирование

11. Полимеразная цепная реакция (ПЦР)

o Полимеразная цепная реакция или ПЦР — это метод
создания множества копий определенного участка ДНК
in vitro (в пробирке, а не в организме).
o ПЦР основывается на термостабильной ДНКполимеразе — Taq-полимеразе — и требует ДНКпраймеров , разработанных специально для
интересующей нас области ДНК.
o Процесс ПЦР основан на многократном повторяющемся
изменении температуры, что позволяет получить
множество копий целевого фрагмента.

12. Полимеразная цепная реакция (ПЦР)

Результаты реакции ПЦР обычно
хорошо заметны благодаря
электрофорезу в геле. Электрофорез в
полиакриламидном геле — это метод,
при котором фрагменты ДНК проходят
через гель под действием
электрического тока и разделяются по
размеру. Дополнительно используется
ДНК-маркер, чтобы определить размер
фрагментов в образце.

13. Электрофорез

o Гель-электрофорез — это метод разделения фрагментов
ДНК по размеру.
o Образцы ДНК помещаются в лунки (углубления) на
одном конце геля, затем через гель пропускается
электрический ток.
o Фрагменты ДНК заряжены отрицательно, поэтому они
движутся к положительному электроду. Поскольку все
фрагменты ДНК имеют одинаковое количество заряда
на массу, поэтому маленькие фрагменты перемещаются
в геле быстрее, чем большие.

14. Электрофорез

o Гель-электрофорез — это метод разделения фрагментов
ДНК по размеру.
o Образцы ДНК помещаются в лунки (углубления) на
одном конце геля, затем через гель пропускается
электрический ток.
o Фрагменты ДНК заряжены отрицательно, поэтому они
движутся к положительному электроду. Поскольку все
фрагменты ДНК имеют одинаковое количество заряда
на массу, поэтому маленькие фрагменты перемещаются
в геле быстрее, чем большие.

15.

ДНК какого подозреваемого
совпадает с ДНК, полученного
с места преступления?
А) Подозреваемый 1
Б) Подозреваемый 2
В) Подозреваемый 3

16. Клонирование ДНК

o Клонирование ДНК — в молекулярной биологии это
один из способов создания множества идентичных
копий фрагмента ДНК, например, какого-то гена.
o В классическом эксперименте по клонированию целевой
ген встраивается в кольцевую молекулу ДНК, которую
называют плазмидой.
o Плазмида вводится в бактерии посредством процесса,
называемого трансформацией. Бактерии, несущие
плазмиду, отбираются с помощью антибиотиков.
o Бактерии с правильной плазмидой используются для
производства большего количества плазмидной ДНК
или, в некоторых случаях, для экспрессии гена и
наработки белка.

17. Этапы клонирования ДНК

Перенос плазмиды в
бактерии
1.«Разрезание» плазмиды
и «вставка» в нее
целевого гена
Наращивание большого
количества бактерий,
несущих плазмиды, и
использование их в
качестве «фабрик» для
производства белка

18.

Люди и бактерии имеют схожий генетический код, а это означает, что человеческий ген
может транскрибироваться и транслироваться в бактериях.
После того как белок создан, бактериальные клетки расщепляются, чтобы высвободить его.
Помимо
целевого
белкаген
(например,
в бактериях
есть множество
других
белков
Однако для
того, чтобы
человекаинсулина)
экспрессировался
в бактериях,
в нем не
должно
бытьи
макромолекул.
По этой причине целевой белок должен быть очищен, или отделен от
интронов.
остального
содержимого
клеток с помощью
биохимических
методов. Очищенный белок
Как мы можем
получить человеческого
версию
гена без интронов?
можно использовать для экспериментов или, как в случае с инсулином, вводить пациентам.
Безынтронная версия человеческого гена может быть получена из мРНК, кодирующей ген, с
помощью фермента обратной транскриптазы. Обратная транскриптаза синтезирует цепь
ДНК, используя цепь мРНК в качестве матрицы.

19. Клеточная инженерия

Клеточная инженерия — совокупность
методов клеточной биологии, позволяющих
конструировать клетки с новыми свойствами.
Основополагающим методом клеточной
инженерии является метод гибридизации —
слияния отдельных клеток (или их
фрагментов), выращенных в условиях
культивирования или выделенных из
организма.

20. Клонирование

Клонирование — это процесс создания индивидуальных организмов с идентичными геномами
естественным или искусственным путём.
В области биотехнологии клонирование — это процесс создания клонированных организмов из
клеток и фрагментов ДНК.
Примеры искусственного клонирования:
Перенос ядер соматических клеток
(SCNT). Метод клонирования, при
котором жизнеспособный эмбрион
создаётся из соматической клетки и
яйцеклетки.
Молекулярное клонирование. Метод в
молекулярной биологии, при котором одна
живая клетка используется для
клонирования большой популяции клеток,
содержащих идентичные молекулы ДНК.

21.

22. Ферментация

Ферментационные процессы
отличаются значениями
контролируемых параметров. К ним,
прежде всего, относятся температура,
рН среды, объемный расход воздуха.
При культивировании различных
микробных клеток интервал рабочих
температур варьирует от 25 до 60°С,
значения рН - от 2 до 9, расход
воздуха в аэробных процессах - от
0.15 до 2.5 м° на 1 м' среды в минуту.

23. Этика биотехнологических и генетических экспериментов

o Необходимость соблюдения
этических норм при проведении
экспериментов;
o Защита прав и интересов участников
экспериментов;
o Ответственность за возможные
негативные последствия.

24. Развитие биотехнологий в области медицины

o Диагностика и лечение заболеваний;
o Разработка новых лекарств и вакцин;
o Регенеративная медицина.

25. Применение биотехнологий в жизни человека

o Пищевая промышленность
o Сельское хозяйство
o Экология
o Энергетика
o Фармацевтическая промышленность