§ 33. Сучасна біотехнологія. Генна і клітинна інженерія

• До змісту відповідей

ПОМІРКУЙТЕ Й ОБГОВОРІТЬ СИТУАЦІЮ

Чи відрізняється сучасна біотехнологія від традиційної? Якщо ні, то чому? Якщо відрізняється, то чим? Відповідь обґрунтуйте.

Так, сучасна біотехнологія суттєво відрізняється від традиційної. Традиційна біотехнологія тисячоліттями використовувала природні властивості та процеси життєдіяльності мікроорганізмів (хлібопечення, сироваріння, виноробство) без втручання в їхню ДНК. Сучасна біотехнологія базується на генній і клітинній інженерії, що дозволяє вченим цілеспрямовано вирізати, змінювати й переносити окремі гени між різними видами та створювати організми з наперед заданими властивостями.

ПОДІЛІТЬСЯ СВОЇМИ ДУМКАМИ

Як працюють РНК-вакцини і ДНК-вакцини?

Такі вакцини доставляють у клітини людини генетичну інструкцію (мРНК або ДНК) для тимчасового синтезу нешкідливого вірусного білка. Клітинні рибосоми самостійно виробляють цей білок, після чого імунна система розпізнає його як чужорідний і вчиться виробляти захисні антитіла та клітини пам’яті. Сам збудник в організм не потрапляє, а введена матриця швидко розщеплюється, залишаючи готовий імунний захист.

ПОШУК, ОЦІНЮВАННЯ, СИСТЕМАТИЗАЦІЯ ТА ПРЕЗЕНТАЦІЯ ІНФОРМАЦІЇ

Чи безпечно вживати продукти харчування, які містять генетично модифіковану рослинну сировину?

Схвалені міжнародними організаціями та державними регуляторами ГМО-продукти є цілком безпечними для споживання і за харчовою цінністю не відрізняються від традиційних. Модифікована ДНК і білки рослин у травній системі людини повністю розщеплюються до простих нуклеотидів та амінокислот, тому вони не можуть проникнути в наш геном. Крім того, перед потраплянням на прилавки кожен генетично модифікований сорт проходить обов’язкові багаторічні перевірки на токсичність і відсутність алергенів.

РОБОТА В ГРУПІ

Оберіть тему й один із запропонованих проєктів. Виконайте його. Створення генетично модифікованих організмів за допомогою методів генної інженерії. Проєкт «ГМО як один зі шляхів вирішення проблем людства». Значення генної інженерії для розвитку медицини. Проєкт «Застосування та перспективи генної терапії».

Обрано тему «Створення генетично модифікованих організмів за допомогою методів генної інженерії» та виконано проєкт «ГМО як один зі шляхів вирішення проблем людства»:

1. Подолання голоду та вітамінного дефіциту: вирощування високоурожайних сортів із покращеним складом, наприклад «золотого рису», збагаченого провітаміном А для боротьби з авітамінозом у країнах, що розвиваються.
2. Адаптація сільського господарства до кліматичних змін: створення культур, які стабільно ростуть в умовах посухи, різких заморозків або на засолених ґрунтах.
3. Зменшення хімічного навантаження на ґрунти та водойми: культури зі стійкістю до комах-шкідників (Bt-кукурудза та бавовник) виробляють безпечний для теплокровних захисний білок, що суттєво зменшує використання отруйних інсектицидів.
4. Очищення довкілля від промислових забруднень: застосування трансгенних мікроорганізмів для біоремедіації — розщеплення нафтових розливів, пластику та утилізації токсичних промислових відходів.

ВІДКРИТИЙ МІКРОФОН

Розгляньте світлину, на якій показаний сучасний біопринтер. Що ви знаєте про таке обладнання і про культивацію клітин?

Біопринтер — це спеціальне високотехнологічне обладнання для створення об’ємних живих тканин, яке друкує біочорнилом із живих клітин та гідрогелю шар за шаром на каркасній основі. Культивація клітин — це лабораторний процес їх вирощування й розмноження поза організмом у суворо контрольованих умовах.

Як культивують клітини й використовують культури клітин?

Клітини виділяють із тканини та поміщають у стерильне рідке або напіврідке поживне середовище з амінокислотами, глюкозою і факторами росту всередині інкубаторів. Культури клітин використовують для вирощування шкіри для трансплантації при опіках, синтезу моноклональних антитіл проти пухлин, безпечного випробування нових медичних препаратів і масового клонування рослин.

Що таке стовбурові клітини?

Стовбурові клітини — це незрілі неспеціалізовані клітини, які мають здатність нескінченно ділитися та перетворюватися на будь-які інші типи клітин організму (м’язові, нервові, кісткові або кров’яні). Вони виконують роль внутрішньої системи відновлення, замінюючи пошкоджені або відмерлі клітини в органах.

РОБОТА В ГРУПІ

Обговоріть, які етичні питання постають під час роботи з клітинами людини: чи потрібні спеціальні дозволи?

Так, спеціальні дозволи та письмова інформована згода донора є обов’язковими. Людина має чітко знати, з якою метою беруть її клітини, як їх досліджуватимуть і чи гарантована повна конфіденційність її генетичної інформації.

Як забезпечити безпеку донорів і дослідників?

Безпека донорів гарантується стерильністю процедур, відсутністю ризику для здоров’я під час забору біоматеріалу та захистом персональних даних. Дослідники забезпечують власний захист роботою в ламінарних боксах, використанням масок, рукавичок, захисного одягу та знезараженням клітинних культур після експериментів.

Оберіть один із запропонованих проєктів і виконайте його. • Проєкт «Практичне використання біотехнологій у фармацевтичній промисловості та медицині». • Проєкт «Клонування організмів: від перших спроб з амфібіями до ссавців».

Проєкт «Практичне використання біотехнологій у фармацевтичній промисловості та медицині»

1. Мета проєкту: з’ясувати, які сучасні ліки й медичні технології створено завдяки генній та клітинній інженерії.
2. Виробництво білкових препаратів: за допомогою генетично модифікованих бактерій і дріжджів синтезують людський інсулін для хворих на діабет, гормон росту для дітей із затримкою розвитку та інтерферони для боротьби з вірусами.
3. Безпечні вакцини: завдяки біотехнологіям вакцини (наприклад, проти гепатиту B) створюють не з живих чи ослаблених вірусів, а з окремих рекомбінантних білків їхніх оболонок, що усуває ризик зараження.
4. Клітинні технології та гібридоми: гібридні клітини виробляють високоточні моноклональні антитіла для терапії онкологічних хвороб, а стовбурові клітини й біодрук тканин використовують для відновлення пошкодженої шкіри, хрящів і кісток.
5. Перспективи генної терапії: технологія вбудовування здорових копій генів у клітини людини дозволяє виправляти вроджені мутації та відкриває шлях до подолання спадкових недуг, зокрема муковісцидозу й гемофілії.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Які можливості дає технологія рекомбінантних ДНК?

Вона дає можливість поєднувати фрагменти ДНК різних видів і вбудовувати потрібні гени в клітини за допомогою ферментів і бактеріальних плазмід. Завдяки цьому мікроорганізми перетворюються на «біологічні фабрики» для виробництва людського інсуліну та вакцин, а рослини набувають стійкості до шкідників, посухи й хвороб.

2. Які властивості надають рослинам штучно введені гени?

Штучно введені гени роблять культурні рослини стійкими до посухи, заморозків, хвороб і гербіцидів, якими знищують бур’яни. Вони захищають урожай від шкідників (наприклад, кукурудза із вбудованим геном бактерії виробляє білок, токсичний для комах), подовжують термін зберігання плодів і підвищують їхню харчову цінність, як у випадку зі збагаченим вітаміном А «золотим рисом».

3. Порівняйте тестування ліків на клітинах у пробірці та на тваринах. У чому переваги й обмеження кожного підходу?

4. У фільмі «Шостий день» (The 6th Day, 2000) Арнольд Шварценеггер грає людину, яка стикається з власним клоном після незаконного клонування. Які проблеми можуть виникнути, якщо така фантастична ситуація відбудеться насправді?

Виникне серйозна правова плутанина щодо громадянства, паспорта, права власності на майно та батьківських обов’язків у родині. Обидві людини матимуть однаковий генотип і відбитки пальців, що паралізує криміналістику та судову систему. Крім того, обидві особини переживуть важку психологічну кризу через втрату власної ідентичності та унікальності. Також клон може зіткнутися з медичними проблемами, зокрема передчасним старінням чи прихованими мутаціями.

Які етичні питання це породжує?

Головне питання полягає в тому, чи визнавати клона повноцінною особистістю з невіддільними правами та свободами людини. Крім того, виникає неприпустима небезпека ставитися до живої людини як до чужої копії, власності або просто донора органів. Створення генетичних дублікатів також знецінює поняття людської індивідуальності та природного початку життя.

5. Існують біотехнологічні розробки вирощування м’яса в пробірці. Розгляньте малюнок. Поясніть схему розробки.

Схема отримання м’яса складається з таких послідовних кроків:

1. У тварини беруть невеликий зразок м’язової тканини шляхом безболісної біопсії.
2. З отриманого зразка виділяють стовбурові клітини, здатні ділитися й утворювати м’язи.
3. Клітини поміщають у поживне середовище з вітамінами, цукрами, амінокислотами та факторами росту.
4. Усередині біореактора клітини активно розмножуються на спеціальних каркасах або підкладках.
5. Клітини об’єднуються та диференціюються, формуючи справжні м’язові волокна.
6. Отриману масу збирають і переробляють на готові харчові вироби, наприклад фарш для котлет.

Як зміниться світ, якщо ця ідея буде реалізована?

Зникне потреба у промисловому забої мільйонів свійських тварин і зменшиться жорстокість до них. Значно скоротяться викиди парникових газів від тваринництва, а також збережуться гігантські площі лісів, прісної води та посівних земель, які зараз витрачають на корм. Людство зможе ефективно й стабільно вирішити проблему голоду без спалахів інфекцій серед худоби.

Наведіть приклади використання продуктів сучасної біотехнології у своєму житті.

1. Генно-інженерні ліки в аптечці, зокрема людський інсулін для знайомих із діабетом або інтерферони під час лікування вірусних захворювань.
2. Сучасні рекомбінантні вакцини проти гепатиту B та швидкі тест-смужки на інфекції.
3. Пральні порошки та засоби для миття, до складу яких входять біотехнологічні ферменти ензими, що легко розщеплюють плями білка та жиру.
4. Продукти харчування, у складі яких є харчова соя або кукурудзяний крохмаль із сортів, покращених методами біотехнології.