Основные методы селекции животных

1. Отбор : массовый - не используется; индивидуальный - по потомками определяют и осуществляют жесткий отбор ценных признаков, особенно у самцов.

2. Гибридизация : неродственная - для получения гетерозиготных групп; родственная - для получения гомозиготных линий путем близкородственного скрещивания (братья и сестры, родители и потомство) межвидовая - для вывода новых пород (например, архаромеринос)

3. Метод подбора производителей по потомству: для определения наследственных качеств самцов по признакам, которые непосредственно в них не проявляются.

4. Метод искусственного оплодотворения, который с помощью искусственного осеменения позволяет получить нужное количество потомков.

Особенности селекции микроорганизмов

Генетические основы селекции микроорганизмов

генетические основы

Основные методе селекции микроорганизмов

Во многих прокариот отсутствуют половые процессы

Гибридизация не применяется, используют методы генетической и клеточной инженерии

большинство микроорганизмов имеет гаплоидный набор хромосом или кольцевую молекулу ДНК

Применяют искусственный мутагенез

Высокие темпы размножения

Применяют искусственный отбор

Легко осуществляется горизонтальный перенос генов (между различными видами)

Используют искусственное скрещивание разных штаммов с помощью вирусов-бактериофагов

Основные методы селекции микроорганизмов

• Искусственный отбор для отбора исходного материала.

• Искусственный мутагенез для увеличения разнообразия исходного материала.

• Искусственное скрещивание разных штаммов с помощью вирусов-бактериофагов.

• Методы генетической и клеточной инженерии для переноса и видоизменения наследственной информации.

биотехнология

Биотехнология - это совокупность промышленных методов, которые применяют для производства различных веществ с использованием живых организмов, биологических процессов или явлений. С древнейших времен человек использовал биотехнологические процессы при хлебопечении, приготовлении кисломолочных продуктов, в виноделии и т.д., но только благодаря работам Л. Пастера в середине XIX века традиционная биотехнология получила научную основу. В 40-50-е годы XX в., Когда был осуществлен биосинтез пенициллинов методами ферментации, началась эра антибиотиков, дала толчок развитию микробиологического синтеза и созданию микробиологической промышленности. В 60-70-е гг. XX в. начала бурно развиваться клеточная инженерия. С созданием в 1972 году группой П. Берга в США первой гибридной молекулы ДНК in vitro формально связано рождение генетической инженерии, открывшая путь к сознательной изменения генетической структуры организмов. Биотехнология неразрывно связана с молекулярной и клеточной биологии, молекулярной генетикой, биохимией и биоорганической химией. С развитием биотехнологии связывают решение глобальных проблем человечества - ликвидацию нехватки продовольствия, энергии, минеральных ресурсов, улучшение состояния здравоохранения и качества окружающей среды.

Основными направлениями биотехнологии является генная инженерия, клеточная инженерия, эмбриональная инженерия, промышленная микробиология и др. Современные биотехнологии, которые нашли свое применение в медицине, промышленности, сельском хозяйстве, можно разделить на следующие основные группы, как:

цитотехнологии - клеточные технологии ( например, гибридомной технологии, в основе которых лежит эффект гибридизации нормальных лимфоцитов белых мышей и лимфоцитов этих мышей, больных миеломой для получения моноклональных антител, использование клеток в культуре для выращивания вирусов с целью получения интерферонов; выращивания клеток растений на питательных средах для получения растений с заданными свойствами ) ;

гистотехнологии - тканевые технологии ( выращивание кожи, кусочков печени, органов для трансплантате ) ;

• ембриотехнологии - зародышевые технологии ( искусственное оплодотворение для преодоления бесплодия в медицине; хранения замороженной спермы и эмбрионов высокопродуктивных животных, получение животных животных с одинаковым генотипом; трансплантация эмбрионов, создание банков сперматозоидов, яйцеклеток, эмбрионов, разведение исчезающих видов ).

Биотехнология - это комплекс фундаментальных и прикладных наук, технических средств, направленных на получение и использование клеток микроорганизмов, животных и растений, а также продуктов их жизнедеятельности: ферментов, аминокислот, витаминов, антибиотиков и др. За короткий период своего развития современная биотехнология не только добилась существенных успехов, но и продемонстрировала неограниченные возможности использования организмов и биологических процессов в различных отраслях производства и народного хозяйства. С помощью современных биотехнологий осуществляется:

■ получение продуктов питания (изготовление хлеба, сыроварения, виноделие)

■ получение антибиотиков (пенициллин, стрептомицин), витаминов (К, В), ферментов (биодобавки в стиральных порошках)

■ создание новых пород, сортов и штаммов (трансгенные и безвирусные сорта растений);

■ разработка безотходных технологий (использование анаэробных метанобактерий для расписания бытовых отходов, бактерий для разложения полимерных материалов);

■ получение кормового белка (дрожжевые грибы синтезируют из парафинов нефти)

■ создание микробиологических средств защиты растений от вредителей (введение гена эндотоксина)

■ получение заменителей сахара (аспартам, который в 200 раз слаще сахара) и др.

■ разработка залежей руд и получения редких и цветных металлов и т.

генная инженерия

Генная инженерия - это отрасль молекулярной биологи, которая разрабатывает методы перестройки геномов организмов изъятием или введением генов или их групп. Генная инженерия является биотехнологическим приемом направленного конструирования рекомбинантных молекул ДНК на основе ДНК, взятой из различных источников. Генная инженерия основывается на молекулярной биологии, которая дает возможность вносить изменения в молекулярную взаимодействие основных биологических молекул в клетке и вне ее. Биологи овладели методами, которые дают возможность манипулировать биологическими молекулами, исследовать и изменять их структуру. За счет изменений в основных биологических молекулах ДНК является возможность создавать варианты живых систем, которые не возникают в результате естественной эволюции. Технологии получения рекомбинантных молекул ДНК и клонирования (размножения) генов предшествовали методы, с помощью которых молекулу ДНК расщепляют на фрагменты, модифицируют и снова реконструируют в одно целое. При этом имеют много копий этой молекулы. Затем, используя эту рекомбинантную молекулу, можно синтезировать молекулы РНК и получить белок с определенными качествами и свойствами. Для получения генов, их сочетаний с векторными молекулами в генетической инженерии используют специфические ферменты:

ревертазы - ферменты, которые катализируют синтез нити ДНК на матрице иРНК;

рестриктазы - ферменты, которые разрезают нуклеотидные последовательности;

лигазы - ферменты, которые сочетают (сшивают) нуклеотидные последовательности.

Понятие "генетическая" и "генная" инженерия часто употребляются как синонимы, хотя первый из них шире и предусматривает способы манипуляций не только с отдельными генами, но и с более значительными фрагментами генома, включая целые хромосомы.

Основные методы генной инженерии были разработаны в 60-70-х годах XX века. Они включают три основных этапа: получение генетического материала, копирования и размножения генов, перенос и включение генетического материала в геном.

И. Получение генетического материала

Метод химического синтеза генов вне организма (получение небольших генов на основе расшифрованной последовательности нуклеотидов).

Метод ферментативного синтеза генов вне организма (синтез сложных генов с помощью процесса обратной транскрипции).

Метод выделения природных генов с генома организмов (получение природных генов с целью создания рекомбинативних ДНК - рек ДНК).

ии. Копирование и размножение генов

Метод клонирования генов (метод выделения и размножения отдельных генов в реципиентных клетках).

Метод молекулярного клонирования в составе плазмидных векторов (размножения молекул ДНК в составе плазмид).

Метод молекулярного клонирования в составе вирусных векторов (размножения фрагментов ДНК в составе молекул ДНК вирусов и бактериофагов).

III. Перенос и включение генетического материала в геном

Методы трансформации (для переноса плазмидных векторов).

Методы трансдукции (для переноса вирусных векторов).

• Методы трансфекции (для адресного переноса и включения молекул ДНК в клетки с помощью липосом).

Методы переноса метафазных хромосом.

Ввод генов в клетки

организмы

способы

прокариотические

С помощью вирусов-бактериофагов и плазмид векторов

эукариотические

С помощью вирусов, бактерий, искусственных хромосом, искусственное введение фрагментов ДНК путем микроинъекций, через поры в плазмалемии после ультразвуковой обработки.

Успехи генной инженерии на современном этапе

■ Получают высокопроизводительные штаммы микроорганизмов, которые синтезируют инсулин, интерфероны, гормон роста, ферменты, витамины В 2 , B 12 соматостатин, вакцины, антитела и др. Спектр микроорганизмов, используемых в качестве объектов для генноинженерных преобразований, постоянно расширяется. Сегодня как продуценты необходимых человеку соединений используются штаммы кишечной палочки (Escherichia coli), Bacillus subtilis, актиномицеты, псевдомонады, дрожжи и другие микроорганизмы. Bacillus thuringiensis продуцирует белок (дельта-эндотоксина), который является очень ядовитым для многих видов насекомых и безопасный для млекопитающих. Оказалось, что встраивание гена этого белка в геном растений дает возможность получить трансгенные растения, не поедаются насекомыми.

■ Существуют сорта пшеницы, устойчивых к листовой ржавчины, мучнистой росы, которые выведены благодаря тому, что некоторые хромосомы в исходных пшеницы были заменены хромосомами диких видов пшеницы, пырея, ржи.

■ Создаются банки генов - коллекции генов различных организмов, что необходимо для дальнейших исследований и развития генетической инженеры.

■ Развивается генотерапии - лечение наследственных, онкологических, некоторых вирусных заболеваний путем введения генов в клетки пациентов с целью направленного изменения генных дефектов или предоставления клеткам новых функций . В генотерапии выделяют следующие виды: а) зародышевая - введение генов в гаметы или клетки зародыша; б) соматическая - введение генов в соматические клетки пациента; в) позаорганизмова - введение генов в культивируемые клетки и пересадка этих клеток пациентам.

клеточная инженерия

Клеточная инженерия - это отрасль биотехнологии, в которой применяют методы выделения клеток из организма и переноса их на питательные среды, где они продолжают жить и размножаться. Основными методами клеточной инженерии являются:

метод культуры клеток ( тканей ) - выделение соматических клеток из организма, перенос их на питательные среды;

метод гибридизации соматических клеток - сочетание соматических клеток различных тканей или организмов для получения новых комбинаций признаков;

метод клонирования - получения культур (клонов), состоящие из генетически однородных клеток (клонирование ДНК, генов, клеток, организмов). Клон - это совокупность клеток или особей, возникших от общего предка бесполым способом. При клонировании из неоплодотворенной яйцеклетки удаляют ядро и пересаживают в нее ядро неполовой клетки другой особи. Такую искусственную зиготу пересаживают в матку самки, где зародыш и развивается. Эта методика дает возможность получить от ценных по своим качествам производителей неограниченное количество потомков, которые являются их точной генетической копией.

Выделяют несколько направлений создания новых технологий на основе культивирования клеток и тканей растений:

1) получение промышленным путем ценных биологически активных веществ растительного происхождения (например, получено генетически измененный штамм руты душистой, содержащий в несколько сот раз больше алкалоида рутакридона, чем само растение)

2) использование тканевых и клеточных культур для быстрого клонального микроразмножения и оздоровления растения (рассаду цветов и овощей выращивают методом культуры клеток (ткани) и доставляют фермерам в рассадных горшках).

Причудливые га трансгенные организмы

Причудливые организмы ( химеры ) - организмы, в которых ткани состоят из наследственно неодинаковых клеток или клеточных систем. В природе причудливые организмы обычно возникают вследствие спонтанного мутагенеза, нарушение закономерностей митоза и соматической редукции числа хромосом (природные химеры). Искусственные химеры получают при тканевой трансплантации или прививке (например, при прививке черенков паслена на помидор, появляются причудливые побеги, которые похожи на нечто среднее между пасленов и помидором). Большой научный интерес представляют исследования с образованием причудливых эмбрионов животных путем объединения бластомеров, взятых из эмбрионов разных организмов (классическим примером является создание алофенних (черно-белых) мышей от черных и белых мышей). Получение и анализ химер используют в процессе исследования онтогенеза, иммунологии, онкогенетики и в других случаях.

Трансгенные организмы (генетически модифицированные организмы) - организмы, имеющие в составе своего генома чужеродные гены других организмов. Трансгенные организмы стали реальностью еще с конца 70-х годов XX в., Когда появились первые бактерии со встроенными генами инсулина, интерферона, соматотропина . Это была первая попытка использования трансгенных организмов с целью терапии человека белками-продуктами. На современном этапе развития биотехнологии трансгенные организмы находят все более широкое применение.

В различных отраслях хозяйственной деятельности человека используются трансгенные бактерии.

• создан бактерии, которые перерабатывают нефть после техногенных катастроф;

• реконструировано бактерии для бактериального синтеза веществ (для производства аминокислоты фенилаланина)

• используются бактерии для защиты растений от морозов (бактерии, живущие в растениях, реконструировано для предотвращения образования хрусталиков льда).

Разрабатываются трансгенные растения, которые;

■ имели заданные свойства - высокую приспособленность к условиям внешней среды; содержание большего количества необходимых для человека питательных веществ; способность длительное время храниться без порчи (учеными США ген эндотоксина введен в растения картофеля, что позволило получить трансгенные растения, не поедаются колорадским жуком)

■ способны производить в интересах человека химические вещества и лекарства (реконструировано картофель для выработки альбумина человека).

Быстрыми темпами развивается биоинженерия создания трансгенных животных, которые:

• производили продукты медицинского значения (трансгенные коровы для получения молока с содержанием определенных лечебных веществ);

• давали важную информацию при планировании генной терапии у человека (трансгенные мыши при изучении опухолевых болезней) и др.

Сейчас в Украине испытываются трансгенные сорта кукурузы, сахарной свеклы и рапса, устойчивые рода гербицидов; кукурузы, устойчивой кукурузного мотылька, а также картофеля, устойчивого против колорадского жука. Создана система органов, с привлечением специалистов (генетиков, селекционеров, генных инженеров, экологов, медиков, токсикологов) оценивают трансгенные сорта для определения потенциального воздействия на человека, животных и окружающую среду. Только после таких экспертиз сорт допускается к испытанию с соблюдением всех соответствующих требований, принятых в Европейском Союзе.

От трансгенных (трансформированных, генетически модифицированных) растений, животных, бактерий сейчас получают генетически модифицированные продукты (ГМП). Гарантией против нежелательных последствий генетической модификации растений является законодательное регулирование распространения генетически модифицированных продуктов и разработки связанных с этим методов оценки экологического риска. Кроме того, значительная внимания уделяется достаточное информированности агрономов, селекционеров, СЕМЕНОВОД, потенциальных покупателей об особенностях продуктов из генетически модифицированных растений. В Украине и ряде других стран приняты законы, которые предупреждают несанкционированное распространение трансгенных семенного материала, обеспечивающего мониторинг в посевах, а также маркировки пищевых продуктов, изготовленных с ГМП или их добавлением.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >