1 Opracowała: Samanta Hadrian IVbBIOTECHNOLOGIA Opracowała: Samanta Hadrian IVb

2 Spis treści Biotechnologia Rodzaje biotechnologiiZastosowanie biotechnologii klasycznej Nowoczesna biotechnologia Sposoby modyfikacji genetycznej organizmów Podział biotechnologii nowoczesne Początek inżynierii genetycznej Inżynieria genetyczna Działanie Tworzenie roślin transgenicznych z udziałem wektora Korzyści i zagrożenia inżynierii genetycznej Zastosowanie mikroorganizmów zmodyfikowanych genetycznie Zastosowanie roślin zmodyfikowanych genetycznie Zastosowanie zwierząt zmodyfikowanych genetycznie Produkty GMO Korzyści i zagrożenia związane z GMO Sposoby zapobiegania zagrożeniom ze strony GMO

3 Biotechnologia Biotechnologia – dziedzina nauki zajmująca się możliwością wykorzystania wirusów, organizmów ( głównie bakterii i grzybów), komórek lub ich składników (np. enzymów, fragmentów DNA) do celów użytkowych (np. ochrona środowiska, produkcja żywności, leczenia)

4 Rodzaje biotechnologiiBiotechnologia klasyczna (tradycyjna) Biotechnologia molekularna (nowoczesna) *Wykorzystuje się w niej organizmy lub produkowane przez nie substancje naturalnie występujące w przyrodzie *Organizmy o określonych cechach otrzymuje się przez selekcję sztuczną *Ma zastosowanie głównie w przemyśle spożywczym i ochronie środowiska *Wykorzystuje się w niej organizmy lub produkowane przez nie substancje otrzymane metodami inżynierii genetycznej *Organizmy o określonych cechach otrzymuje się przez zmianę ich genomów *Ma zastosowanie głównie w medycynie, farmacji i rolnictwie

5 Zastosowanie biotechnologii klasycznejDziedzina Zastosowanie Przykłady wykorzystywanych organizmów i substancji Ochrona środowiska ●oczyszczanie ścieków i powietrza ●mikroorganizmy utleniające zanieczyszczenia organiczne do CO2 i wody ●bakterie beztlenowe usuwające zanieczyszczenia związkami azotu i fosforu ●oczyszczanie stałych odpadów komunalnych ●mikroorganizmy przeprowadzające fermentację metanową, przekształcające zanieczyszczenia głównie do metanu i dwutlenku węgla ●biologiczne zwalczanie szkodników ●organizmy będące naturalnymi wrogami szkodników upraw i drzew, np. larwy złotooka pospolitego stosowane do zwalczania mszyc ●olejki eteryczne stosowane do odstraszania niektórych owadów ●ocena stanu zanieczyszczenia środowiska ●organizmy wrażliwe na zanieczyszczenia np. porosty, bakterie Vibrio fisheri

6 Zastosowanie biotechnologii klasycznejDziedzina Zastosowanie Przykłady wykorzystywanych organizmów i substancji Przemysł spożywczy ●produkcja napojów alkoholowych ●drożdże Saccharomyces cerevisiae przeprowadzające fermentację etanolową ●produkcja przetworów mlecznych (serów, kefirów, jogurtów) ●kiszenie ogórków i kapusty ●bakterie Lactobacillus, Lactococcus przeprowadzające fermentację mlekową ●produkcja pieczywa ●drożdże Saccharomyces cerevisiae, bakterie Lactobacillus ●produkcja octu ●bakterie Acetobacter przeprowadzające fermentację octową ●produkcja serów pleśniowych ●pleśnie, np. Penicillium cememberti Przemysł energetyczny ●produkcja biopaliw płynnych ●roślinny, np. rzepak, kukurydza, ●mikroorganizmy ●produkcja biopaliw stałych ●rośliny wykorzystywane jako opał lub służące do jego produkcji ●produkcja biogazu ●mikroorganizmy przeprowadzające fermentację metanową

7 Nowoczesna biotechnologiaNowoczesna biotechnologia jest często związana z użyciem genetycznie zmodyfikowanych organizmów (GMO) takich jak pałeczka okrężnicy lub drożdże do produkcji np. insuliny lub antybiotyków. Genetycznie zmienione komórki ssacze, takie jak komórki jajnikowe chomika chińskiego (ang. CHO -ChineseHamsterOvarian) są stosowane w produkcji lekarstw.

8 Nowoczesna biotechnologiaBiotechnologia to także transgeniczne zwierzęta i transgeniczne rośliny. Przykładem jest projektowanie roślin mogących rosnąć w specyficznych warunkach np. w obecności lub braku pewnych związków chemicznych. Z zieloną biotechnologią wiązane są nadzieje, że może ona być bardziej przyjazna środowisku niż rolnictwo wysokotowarowe -np. uprawiając zaprojektowane rośliny produkujące pestycydy, co eliminuje potrzebę ich stosowania zewnętrznego (kukurydza Bt). Kwestia, czy takie rozwiązania są przyjaźniejsze środowisku jest tematem sporu. Ponieważ zmieniony materiał genetyczny podlega takim samym prawom, jak każdy inny, to istnieje np. możliwość mutacji np. niekontrolowanego przepływu genów. Przykładem zastosowania biotechnologii w przemyśle jest projektowanie organizmów produkujących pożądane związki chemiczne.

9 Sposoby modyfikacji genetycznej organizmów● zmiana aktywności określonego genu. Zwykle hamuje się aktywność genu przez co powstaje mniejsza ilość jednego z białek osobnika ● wstawienie dodatkowej kopii genu, który występuje w genomie. Dzięki temu powstaje większa ilość jednego z białek osobnika, co nasila występowanie danej cechy ● wprowadzenie do genomu genu pochodzącego od innego gatunku. To powoduje wykorzystanie przez organizm nowego białka, a w efekcie – powstanie u niego nowej cechy

10 Podział biotechnologii nowoczesnej

11 Podział biotechnologii nowoczesnejBiotechnologia biała Biotechnologia zielona Biotechnologia czerwona Biotechnologia przemysłowa wykorzystująca systemy biologiczne w produkcji przemysłowej i ochronie środowiska. Opiera się ona na biokatalizie i bioprocesach. Biotechnologia związana z rolnictwem obejmująca stosowanie metod inżynierii genetycznej w celu doskonalenia produkcji roślinnej czy zwierzęcej Biotechnologia wykorzystywana w ochronie zdrowia, w szczególności w zakresie produkcji nowych biofarmaceutyków, rozwoju diagnostyki genetycznej, czy genoterapiii ksenotransplantologii

12 Początek inżynierii genetycznejNa początku lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku dwóch amerykańskich biologów,Stanley Coheni Herbert Boyer, podjęło się, jak dotąd nierealnego zadania: po raz pierwszy przenieśli ludzki gen do bakterii, pokazując, że podstawowa instrukcja życia zapisana jest we wszystkich organizmach w tym samym języku. To wydarzenie było początkiem ery inżynierii genetycznej

13 Inżynieria genetycznaInżynieria genetyczna –ingerencja w materiał genetyczny organizmów, w celu zmiany ich właściwości dziedzicznych. Polega ona na wprowadzaniu do komórek organizmu, którego cechy chcemy zmienić (biorcy), określonego odcinka DNA innego organizmu (dawcy).

14 Inżynieria genetycznaInżynieria genetyczna polega na: * izolowaniu fragmentów materiału genetycznego z komórki * wprowadzeniu zmian do informacji genetycznej, * przenoszeniu fragmentów DNA do komórek innego organizmu, * powielaniu (klonowaniu) genów i całych organizmów.

15 Działanie Odpowiednie fragmenty DNA wycina się z DNA dawcy za pomocą enzymów restrykcyjnych. Następnie tak wydzielone fragmenty DNA wprowadza się do specjalnych przenośników (wektorów). W tej roli wykorzystywane są m.in. kosmidy, zmodyfikowane wirusy i plazmidy. Następnie wektory te wprowadzone są do komórki biorcy wraz z przyłączonym fragmentem DNA dawcy. Wektory zawierają markery pozwalające wyróżnić komórki, u których wprowadzenie obcego DNA zakończyło się sukcesem. Metody inżynierii genetycznej są już wykorzystywane do produkcji wielu lekarstw, np. insuliny, niektórych witamin i in. Ma to ogromne znaczenie praktyczne. Dawniej, przed opracowaniem metody biosyntezy insuliny metodami inżynierii genetycznej, otrzymywano ją z trzustek zwierzęcych. Była to metoda bardzo droga, gdyż ilość insuliny otrzymana z jednej trzustki była niewielka, a proces jej wydzielania kosztowny. Inżynieria genetyczna wykorzystywana jest również do wytwarzania tzw. organizmów transgenicznych. Ma również duże znaczenie w rozwoju genetyki. Umożliwia bowiem poznanie funkcji pełnionych przez określone geny.

16 Tworzenie roślin transgenicznych z udziałem wektora

17 Korzyści i zagrożenia inżynierii genetycznejBadania prenatalne Źródła obaw przed inżynierią genetyczną Eliminowanie chorób dziedzicznych Zagrożenie militarne Transplantologia Zagrożenie biologiczne

18 Zastosowanie mikroorganizmów zmodyfikowanych genetycznieDziedzina Przykłady zastosowania Medycyna i farmacja ●otrzymywanie białkowych substancji leczniczych, np. czynników krzepnięcia, insuliny człowieka ●produkcja składników szczepionek, np.białka otoczki HBV Przemysł spożywczy ●produkcja enzymów, np. lipaz ●produkcja dodatków do żywności, np. β-karotenu, witaminy C Ochrona środowiska ●usuwanie zanieczyszczeń, np. metalami ciężkimi lub substancjami ropopochodnymi

19 Zastosowanie roślin zmodyfikowanych genetycznieDziedzina Przykłady zastosowania Rolnictwo ●otrzymywanie odmian odpornych na: -owady (szkodniki upraw) -choroby zakaźne, np. zarazę ziemniaka -określony środek chwastobójczy stosowany przy ich uprawie -niekorzystne warunki środowiska, np. niedostatek wody ●otrzymywanie ozdobnych odmian roślin, np. mający kwiaty o niespotykanych kolorach Ochrona środowiska ●usuwanie zanieczyszczeń gleb i wód, np. związków fenolowych Medycyna ●produkcja białkowych substancji leczniczych, np. przeciwciał

20 Zastosowanie zwierząt zmodyfikowanych genetycznieDziedzina Przykłady zastosowania Rolnictwo ●otrzymywanie ras wytwarzających większą ilość danego produktu lub produkt o lepszej jakości (np. mleko,wełnę) ●otrzymywanie ras odpornych na choroby zakaźne, np. bydlęce zapalenie mózgu ●otrzymywanie ras o szybkim przyroście masy Badania naukowe ●otrzymywanie zwierzęcych modeli chorób człowieka, na których bada się przebieg tych chorób i opracowuje sposoby ich leczenia Medycyna i farmacja ●wytwarzanie białkowych substancji leczniczych, np. antytrombiny, hormonu wzrostu człowieka ●otrzymywanie mleka o specjalnych cechach, np. pozbawionego laktozy

21 Produkty GMO Produkt GMO – produkt zawierający organizmy zmodyfikowane genetycznie lub ich fragmenty

22 Korzyści i zagrożenia związane z GMODziedzina Korzyści Zagrożenia Rolnictwo ●zwiększenie produkcji ●obniżenie kosztów upraw ●zwiększanie odporności roślin na choroby powodowane przez wirusy, grzyby i bakteria ●zwiększenie odporności roślin na szkodniki upraw ●zwiększenie odporności roślin i zwierząt na niekorzystne warunki środowiska (np. na mróz) ●krzyżowanie się odmian zmodyfikowanych genetycznie z odmianami naturalnie występującymi w środowisku, co może prowadzić do niekontrolowanej zmiany ich cech ●uodpornienie się szkodników upraw na obce białko, co może prowadzić do powstania plag szkodników ●pojawienie się u organizmu zmodyfikowanego genetycznie nowej, niebezpiecznej cechy ●zagrożenie zdrowia zwierząt hodowlanych Środowisko naturalne ●zmniejszanie ilości używanych środków ochrony roślin ●produkcja biopaliw ●łatwe usuwanie zanieczyszczeń ze środowiska (np. zanieczyszczeń ropopodobnych) ●zaburzenie równowagi w ekosystemach, np. wyparcie naturalnie występującego w nich gatunku ●niekontrolowane rozprzestrzenienie się obcego genu (np. przeniesienie go do bakterii glebowych) ●zmniejszenie różnorodności biologicznej

23 Korzyści i zagrożenia związane z GMO - cdDziedzina Korzyści Zagrożenia Zdrowie człowieka ●obniżenie kosztów i zwiększenie wydajności produkcji białek człowieka, antybiotyków, szczepionek ●podniesienie poziomu wiedzy o przebiegu i leczeniu chorób człowieka dzięki zwierzęcym modelom chorób ●ryzyko występowania w produktach GMO białek toksycznych dla człowieka ●ryzyko pojawienia się uczuleń lub chorób na skutek spożywania produktów GMO ●zagrożenie dla zdrowia człowieka z uwagi na wpływ obcego białka na inne geny, np. hamowanie ich aktywności ●cierpienie zwierząt, na których bada się przebieg i leczenie chorób człowieka Inne dziedziny ●wydajniejsza produkcja enzymów i dodatków do żywności używanych w przemyśle spożywczym ●uzyskiwanie zwierząt domowych o nowych cechach (np fosforyzujących ryb akwariowych) ●wątpliwości natury etycznej dotyczące tego, czy człowiek powinien manipulować materiałem genetycznym ●wykorzystanie biotechnologii w celach militarnych, np. do produkcji broni biologicznej

24 Sposoby zapobiegania zagrożeniom ze strony GMO● bezwzględne przestrzeganie zasad bezpiecznego postępowania w pracy z GMO ● tworzenie odmian GMO o ograniczonej możliwości przeżycia w warunkach naturalnych ● przeprowadzanie badań nad ekspresją obcego genu w różnych warunkach ● przeprowadzanie badań wpływu obcego białka na różne gatunki organizmów ● ustalenie i wdrożenie bezpiecznej technologii uprawy, zbioru i przetwórstwa transgenicznych roślin ● kontrola wydawania pozwoleń na wykorzystywanie zwierząt zmodyfikowanych genetycznie ● ścisła kontrola badań przeprowadzanych z użyciem komórek człowieka

25 Bibliografia Biologia Nowa Era Encyklopedia

26 Dziękuję za uwagę :)