Тема 5-6 «основні напрями сучасної біотехнології»

Мета – поглибити знання студентів про ген, ДНК, будову та життєдіяльність вірусів; сформувати знання про біотехнологію як сучасний вид промисловості; ознайомити з основними процесами біотехнології, з генетичною та клітинною інженерією; особливу увагу звернути на розуміння, що таке химерні і трансгенні організми.

Ключові слова та поняття: біотехнологія, синтез генів, плазміди, культура тканин, клон, ембріональна індукція, химерні організми, трансгенні організми.

Студент повинен знати: сутність поняття «біотехнологія», галузі застосування біотехнологічних процесів у промисловості, значення біотехнологічних процесів для навколишнього середовища; сутність методів генетичної та клітинної інженерії.

Студент повинен вміти: характеризувати принципи і перспективи генної інженерії; принципи і перспективи генної терапії; робити висновки про значення біотехнологічних процесів для практичної діяльності людини та навколишнього середовища; пояснювати перспективи використання трансгенних організмів.

 

Питання, які виносяться на самостійне опрацювання:

1. Поняття біотехнології.

2. Завдання генної інженерії.

3. Клітинна інженерія як один із методів біотехнологічних процесів.

 

Методичні рекомендації

При вивченні даної теми висвітлюються досягнення біотехнології та характеризуються її основні напрямки. Доцільно зрозуміти висловлювання Б.Я. Неймана: “ Мікроорганізми, це гидке каченя перших років епідеміології, завдяки успіхам науки і техніки, досягненням людського генію перетворилось у чудового лебедя генетичної інженерії, сучасної біотехнології і індустрії живих клітин”.

Зазначається, що біотехнологія – сукупність промислових методів, що застосовують для виробництва різних речовин із використанням живих організмів, біологічних процесів чи явищ.

Акцентуалізується увага на тому, що біотехнологічні процеси людина використовувала в своїй практичній діяльності з давніх-давен: випікання хліба, виготовлення сиру, молочних продуктів, виноробство, пивоваріння, силосування…

Усвідомлюється роль основних напрямків та досягнень біотехнології: мікробіологічна промисловість і медицина (з допомогою мікроорганізмів отримують такі лікарські засоби, як кортизон, гідрокортизон та інші стероїди), харчова промисловість (у кондитерській промисловості широко застосовують лимонну кислоту, яку одержують у результаті життєдіяльності спеціально виведених мікроорганізмів), поліпшення екологічного стану планети, боротьба з шкідниками сільського господарства (пестициди та інші засоби захисту рослин), виготовлення біопрепаратів.

Зазначається, що поява нових методів дослідження у генетиці призвела до створення принципово нових методів селекції. Раніше генетичне різноманіття форм рослин і тварин (а це винахідний матеріал для селекції) експериментально створювалося методами гібридизації, поліплоїдії, мутагенезу. Зараз учені можуть досягти ще більшого різноманіття завдяки маніпулюванню окремими клітинами живого організму, окремими хромосомами і окремими генами. З’явилися нові напрямки сучасної генетики: клітинна інженерія, хромосомна інженерія й генна інженерія.

Слід відзначити, що генна інженерія – прикладна галузь молекулярної генетики та біохімії. Її завдання – це розробки методів перебудови геномів організмів. Усе ширше стає асортимент ферментів – протеази, нуклеази, амілази, каталази, які продукують мікроорганізми, деякі з них, наприклад, нуклеази, використовують у генній інженерії.

Підкреслити, що клітинна інженерія – галузь біотехнології, у якій застосовуються методи виділення клітин з організму і перенесення на штучні поживні середовища, де продовжується їх життєдіяльність. Її завданнями є: отримання соматичних клітин різних видів, створення культурних клітин (тканин) для отримання цінних речовин.

Клонування – перспективний напрям клітинної інженерії. Клон – сукупність клітин або особин, що виникли від спільного предка нестатевим шляхом.

Гібридизація соматичних клітин – напрям досліджень клітинної інженерії. Вона дає можливість створювати препарати, що підвищують стійкість організму проти різних інфекцій, лікувати рак.

Звертається увага на те, що рослини й тварини, геном яких змінених у результаті генно-інженерних операцій, одержали назву трансгенних рослин і тварин. В даний час інтерес до трансгенних тварин дуже великий. Це викликане двома причинами. По-перше, виникли широкі можливості для вивчення роботи чужорідного гена у геномі організму-хазяїна, у залежності від місця його вбудовування в ту чи іншу хромосому, а також будівлі регуляторної зони гена. По-друге, трансгенні сільськогосподарські тварини можуть представляти в майбутньому інтерес для практики.

Широкомасштабне вивільнення в довкілля генетичне модифікованих сортів рослин різних таксономічних груп з різними генетичними конструкціями, що надають їм нових властивостей, поставило ряд питань на які необхідно звернути увагу при розбудові системи біобезпеки довкілля.

Головними питаннями біобезпеки при цьому є питання можливої передачі генів, вбудованих в трансгенний організм, організмам навколишнього природного середовища, впливу трансгенних рослин, стійких до шкідників, на і організми та порушення трофічних ланцюгів.

Робиться акцент на тому, що відповідно до вимог Європейського союзу, всі трансгенні організми, а також продукція, що містить 1 і більше відсотків генетичне модифікованої ДНК чи РНК, маркуються. В Україні обов'язковому маркуванню підлягає лише посівний матеріал, призначений для державного випробування. Однією з проблем, пов'язаних з трансгенними рослинами є потенційний вплив на ряд екосистем.

 

Завдання для самостійної роботи:

1. Виконати (письмово) біотехнологічні вправи на проблемні ситуації:

1) Чи можна за допомогою продуктів, виготовлених з деревини, отримати яловичину, свинину, курятину чи яйця птахів і яким способом?

2) Як малюнком зобразити використання мікроорганізмів для біотехнології у виробництві тканин білків, амінокислот, засобів захисту рослин, ферментів.

3) Чому у великих населених пунктах роль мікроорганізмів для очистки стічних вод і перетворення гною у родючий гумус набуває все більшого значення?

2. Навести приклади досягнень біотехнології.

3. Зробити міні-презентацію про застосування біотехнології у господарській діяльності людини.

Питання для самоконтролю:

 

1) Що таке біотехнологія?

2) Яке значення в житті людини має застосування біотехнологій?

3) Які біотехнології використовують для підвищення продуктивності рослин та тварин?

4) Що таке генна інженерія?

5) Які методики використовує генна інженерія у своїх дослідженнях?

6) Які завдання постають перед клітинною інженерією?

7) На яких рівнях організації живої матерії проводять дослідження в галузі генетичної та клітинної інженерії?

8) Що таке клонування клітин або організмів?

9) Яке значення має генетична і клітинна інженерія для розвитку теоретичної біології?

10) Що таке трансгенні організми? Де можливе використання трансгенних організмів?

 

Тестові завдання для самоперевірки:

1. Біотехнологія – це використання живих організмів і біологічних процесів у виробництві:

а) так;

б) ні.

2. Галузь біології, що займається створенням методів синтезу і виділення генів, за допомогою яких можна змінити генотип організму називають:

а) молекулярна біологія;

б) біохімія;

в) селекція;

г) генна інженерія.

3. Генна інженерія є галуззю:

а) ботаніки;

б) генетики;

в) біоніки.

4. Як називається галузь біотехнології, що використовує методи виділення й культивування клітин:

а) генна інженерія;

б) хромосомна інженерія;

в) клітинна інженерія;

г) селекція.

5. Як називається галузь біотехнології, яка пов’язана з можливостями заміщення окремих хромосом у рослин або додавання нових:

а) генна інженерія;

б) хромосомна інженерія;

в) клітинна інженерія;

г) селекція.

6. Клон - це:

а) штучно створений організм;

б) потомство однієї особини, яка розмножується вегетативно;

в) метод виділення соматичних клітин;

г) штучна популяція з певними складовими властивостями.

7. Отримувати гормон інсулін дав змогу метод:

а) клітинна інженерія;

б) генної інженерії;

в) селекції.

8. Організми, гени якого вперше були виділені в чистому вигляді:

а) дріжджі; в) віруси;

б) бактерії; г) гриби.

9. Напрям біотехнології, що використовує мікроорганізми для отримання антибіотиків і вітамінів, це:

а) клітинна інженерія;

б) мікробіологічний синтез;

в) генна інженерія;

г) біохімічний синтез.

10. Об’єктами досліджень генетичної інженерії є переважно:

а) прокаріоти;

б) віруси;

в) рослини;

г) тварини.

Література:

1) Загальна біологія: Підруч. Для 11 кл. загальноосвітн. навч. закладів / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан. 2-ге вид. доопр. – К.: Генеза, 2001. – С. 101-105.

2) Біологія / За ред.. В.О.Мотузного. – К.: Вища школа, 1991 – 607 с.

 

 

ТЕМА 7 «ЕТОЛОГІЯ»

Мета – сформувати та поглибити знання студентів про етологію як один із напрямків вивчення поведінки тварин; розкрити етологічну структуру популяцій; розглянути особливості поведінки тварин..

Ключові слова та поняття: популяція, етологія, поведінка тварин, типи поведінки тварин, інстинкт, стимул.

Студент повинен знати: особливості етології, методи вивчення поведінки тварин у природі, форми поведінки тварин.

Студент повинен вміти: характеризувати етологічну структуру популяцій, визначати типи та форми поведінки тварин, пояснювати роль стимулу в поведінкових реакціях, зміни поведінки живих істот з часом; циклічні зміни поведінки; принципи соціальної поведінки; групову поведінку; принципи територіальної поведінки; особливості поведінки людини; особливості поведінки жінок і чоловіків.

 

Питання, які виносяться на самостійне опрацювання:

1. Етологія як наука.

2. Методи вивчення поведінки тварин у природі.

3. Етологічна структура популяцій.

 

Методичні рекомендації

При вивченні даної теми необхідно акцентувати увагу, що при характеристиці популяцій вивчається не лише її вікова, статева, просторова структура, а важливою є етологічна структура популяцій.

Поведінка тварин є предметом вивчення етології. Термін етології був введений в біологію в 1859 році французьким зоологом І. Жоффруа Сент-Ілером.

Зазначається, що етологія як наука сформувалась в 30-х рр. ХХ ст. ЇЇ засновниками були австралійський зоолог К.Лоренц та нідерландський зоолог Н. Тінберген.

Звертається увага на звʼязок етології з іншими науками. Так, етологія тісно пов'язана з низкою областей знання, базуючись в своїх шуканнях на даних одних наук і будучи в свою чергу основою для розвитку інші наук. Вона спирається на загальну біологію, зоологію, еволюційне вчення, фізіологію, психологію, генетику, екологію. Досягнення етології постійно використовуються зоотехніком і ветеринарією, де для неї широке поле докладання. Зоотехнія і ветеринарія, у свою чергу, поповнюють етологію надзвичайно цінними даними.

Вивчення відхилень у поведінці тварин при неадекватних умовах годівлі, утримання та експлуатації тварин, захворюваннях тварин сприяє розумінню ролі окремих факторів у визначенні поведінки тварин, механізмів багатьох нормальних поведінкових актів.

Етологія вивчає поведінку тварин методами спостереження та реєстрації, а механізми поведінкових актів - фізіологічними методами.

Важливо підкреслити, що з точки зору етології поведінка тварин залежить від стимулу (ключових подразників) та від внутрішніх процесів.

Способи життя тварин досить різноманітні:

- активний спосіб;

- пасивний спосіб;

- денні тварини;

- нічні тварини.

Робиться акцент на тому, що залежно від способу життя виду форми спільного існування особин у популяції надзвичайно різноманітні. Розрізняють одинокий спосіб життя, при якому особини популяції незалежні й відокремлені один від одного, але лише тимчасово, на певних стадіях життєвого циклу.

Повністю ізольоване існування організмів у природі не зустрічається, оскільки було б неможливим здійснення їхньої основної життєвої функції — розмноження. У видів з ізольованим способом життя часто утворюються тимчасові угруповання особин у місцях зимівлі (сонечка, жужелиці) або в період, який передує розмноженню.

Звертається увага студентів на те, що при сімейному способі життя помітно посилюються зв'язки і взаємовідносини між батьками і їхнім потомством: турбота про відкладені яйця, пташенят, їх охорона. Розрізняють сім'ї батьківського, материнського і змішаного типів. При сімейному способі життя помітно виявляється територіальна поведінка тварин, коли різноманітними сигналами, маркуванням тощо забезпечується володіння ділянкою, яка необхідна для вирощування потомства. В основі формування більш-менш великих об'єднань тварин (зграя, стадо, колонія) лежить ускладнення поведінки, а отже, і зв'язків у популяції.

Завдання для самостійної роботи:

1. Порівняйте груповий та поодинокий спосіб життя тварин.

2. Проаналізувати види великих об’єднань тварин, заповнивши таблицю:

Вид об’єднання	Характеристика	Приклад
Стадо
Зграя
Колонія

3. Охарактеризуйте етологічну структуру популяції (за власним вибором).

Питання для самоконтролю:

 

1) Що таке етологія?

2) Коли етологія виникла як наука?

3) Що є характерною особливістю популяцій?

4) Що таке етологічна структура популяцій?

5) Роль стимулу в поведінкових реакціях?

6) Способи життя тварин?

7) Які існують методи вивчення поведінки тварин?

8) Чи відбуваються зміни поведінки живих істот з часом?

9) Чим відрізняється груповий та поодинокий спосіб життя тварин?

10) Які існують великі об’єднання тварин? Наведіть приклади.

 

Тестові завдання для самоперевірки:

1. Що таке етологія?

а) наука про етнічні групи;

б) наука про тварин;

а) наука про поведінку тварин;

г) розділ медицини, який вивчає причини хвороб.

2Хто ввів термін «етологія»:

а) Г. Мендель;

б) К.Лоренц;

в) Н. Тінберген;

г) І. Жоффруа Сент-Ілер.

3. Поведінка будь-якої тварини:

а) завжди постійна для певного виду;

б) пристосована до способу життя виду.

в) не залежить від зовнішніх чинників.

г) залежить від конкурентної боротьби.

4. Зграя - це:

а) це тимчасове об'єднання тварин, які виявляють біологічно корисну організованість дій (для захисту від ворогів, добування харчування, міграції і т. ін.);

б) тривале або постійне об'єднання тварин, в якому здійснюються всі основні функції життя виду: добування корму, захист від хижаків, міграції, розмноження, виховання молодняка.;

в) це групове поселення осілих тварин.

5. Стадо - це:

а) це тимчасове об'єднання тварин, які виявляють біологічно корисну організованість дій (для захисту від ворогів, добування харчування, міграції і т. ін.);

б) тривале або постійне об'єднання тварин, в якому здійснюються всі основні функції життя виду: добування корму, захист від хижаків, міграції, розмноження, виховання молодняка.;

в) це групове поселення осілих тварин.

6. Колонія - це:

а) це тимчасове об'єднання тварин, які виявляють біологічно корисну організованість дій (для захисту від ворогів, добування харчування, міграції і т. ін.);

б) тривале або постійне об'єднання тварин, в якому здійснюються всі основні функції життя виду: добування корму, захист від хижаків, міграції, розмноження, виховання молодняка.;

в) це групове поселення осілих тварин.

7. Найбільші зграї характерні для:

а) вовків;

б) птахів;

в) риб;

г) корів.

8. Основу групової поведінки в стаді складають:

а) мутуалізм;

б) хижацтво;

в) домінування — підпорядкування;

г) нейтралізм.

9. Наявність лідера характерно для:

а) поодинокого способу життя;

б) колонії;

в) стада;

г) ізольованого способу життя.

10. Суспільні відносини у тварин формуються:

а) в процесі онтогенезу;

б) внаслідок конкуренції;

в) спонтанно.

Література:

1) Загальна біологія: Підруч. Для 11 кл. загальноосвітн. навч. закладів / М.Є. Кучеренко, Ю.Г. Вервес, П.Г. Балан. 2-ге вид. доопр. – К.: Генеза, 2001. – С. 141-146.

2) Мак-Фарленд Д. Поведение животных: Психобиология, этология и эволюция: пер. с англ. – М.: Мир, 1988. – 520 с.

3) Основи екології та охорона навколишнього середовища (Екологія та охорона природи). Навчальний посібник. – Вид. 2-ге, доп. – Львів, Афіша, 2000 – С.45-48.