Биотехнология

Это использование биологических систем и процессов в сельском хозяйстве и промышленности. Изначально биотехнологией называли микробиологическое производство – промышленное культивирование бактерий и грибов для получения продуктов их жизнедеятельности (например, антибиотиков). Сейчас биотехнология включает в себя генную и клеточную инженерию.

Генная инженерия

Это перенос генов в клетки другого организма (получение трансгенных организмов). Техпроцесс:
1) Получение гена.
а) Из клетки выделяют фракцию иРНК путем центрифугирования.
б) Разделяют фракцию иРНК на отдельные молекулы путем гельэлектрофореза.
в) На матрице иРНК получают ДНК путем обратной транскрипции.
г) Размножают полученную ДНК с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР).
2) Получение рекомбинантной плазмиды. Плазмида – небольшая кольцевая молекула ДНК, характерная для прокариот. Плазмиду разрезают и вставляют в неё ген, который необходимо перенести (разрезание осуществляется ферментом рестриктазой, сшивание – лигазой).
3) Перенос. Бактерии сами поглощают ДНК из окружающей среды (процесс называется трансформация). В природе трансформация является одним из механизмов изменчивости у бактерий.
4) Отбор. Отбирают бактерий, в которых пересаживаемый ген содержится и работает. (Культуру бактерий обрабатывают антибиотиком, ген устойчивости к которому содержался в плазмиде. Те бактерии, которые не поглотили плазмиду, погибают.)

Примеры использования генной инженерии:

• Инсулин получают из бактерии кишечной палочки с пересаженным человеческим геном инсулина.
• В культурное растение пересаживают ген устойчивости к гербициду, при обработке поля гербицидом все сорняки погибают, а культурное растение – нет.
• В культурное растение пересаживают ген яда, убивающего некоторые виды насекомых. Поле, засеянное этими растениями, не нужно обрабатывать инсектицидами.
• В рапс пересажен ген устойчивости к засолению почвы из другого растения.

Клеточная инженерия

Это конструирование новых клеток (с новыми свойствами). Примеры:
1) Клонирование. Ядро соматической клетки животного пересаживают в яйцеклетку и выращивают новый организм, при этом полностью сохраняются все наследственные признаки донора ядра.
2) Соматическая (клеточная) гибридизация. Например, сливают две клетки – В-лимфоциты, вырабатывающие антитела, и раковые клетки, способные неограниченно делиться – получают гибридные клетки, выделяющие антитела.
3) Культура клеток (тканей). Ткани и органы можно выращивать «в пробирке» на питательной среде. Например, гормон эритропоэтин получают из культур клеток хомяков.
4) Микроклональное размножение. У растений и грибов целый организм можно вырастить из одной или нескольких соматических клеток. Так можно получить посадочный материал, не содержащий вирусов.

Дополнительные материалы

 ВИДЕО-УРОК  ПО ДАННОЙ ТЕМЕ: ссылка для донов, ссылка для мастер-группы

ПОДРОБНЫЕ КОНСПЕКТЫ: Генная инженерия-1, Генная инженерия-2

ЗАДАНИЯ ЧАСТИ 2 ЕГЭ ПО ЭТОЙ ТЕМЕ

Задания части 1

ВОЗМОЖНОСТИ БИОТЕХНОЛОГИИ
1. Выберите два верных ответа. Методы биотехнологии позволяют
1) изучить превращение веществ в процессе жизнедеятельности организмов
2) получить растения с генетически изменёнными признаками
3) обнаружить изменения, возникшие в организме в результате онтогенеза
4) изучить микроскопические структуры клеток
5) изменить наследственность микроорганизмов путём клеточной инженерии

2. Выберите два верных результата из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Вклад биотехнологии в медицину состоит в
1) использовании химического синтеза для получения лекарственных препаратов
2) создании лечебных сывороток на основе плазмы крови иммунизированных животных
3) синтезе гормонов человека в бактериальных клетках
4) изучении родословных человека для выявления наследственных заболеваний
5) культивировании штаммов бактерий и грибков для производства антибиотиков в промышленных масштабах

МЕТОДЫ БИОТЕХНОЛОГИИ
1. Ниже приведен перечень методов исследования. Все они, кроме двух, используются в биотехнологии. Найдите два метода, «выпадающих» из общего ряда, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) метод рекомбинантных плазмид
2) соматическая гибридизация
3) выращивание клеток и тканей на питательных средах
4) межвидовая гибридизация растений
5) испытание производителя по потомству

2. Все приведённые ниже характеристики, кроме двух, используют для описания методов биотехнологии. Определите две характеристики, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) эксперименты с изолированными клетками
2) перенос генов от одного организма к другому
3) выращивание клеток и тканей на питательных средах
4) получение гетерозисных растений
5) испытание производителя по потомству

3. Все приведённые ниже методы, кроме двух, относят к методам биотехнологии. Определите два метода, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.
1) создание генно-инженерных конструкций
2) изучение родословной породистых собак
3) проведение полимеразной цепной реакции
4) гибридизация клеток в культуре
5) оценка биоразнообразия экосистемы

4. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из перечисленных ниже методов используются в биотехнологии?
1) выращивание культур клеток
2) получение гетерозисного потомства
3) анализирующее скрещивание самцов дрозофил
4) встраивание гена человека в ДНК бактерии
5) пересадка ядер клеток эмбрионов
6) отбор производителя по потомству

5. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из перечисленных ниже приемов используют в биотехнологии?
1) размножение растения путем черенкования
2) встраивание генов человека в ДНК кишечной палочки
3) гибридизация клеток разных видов растений
4) подбор производителей по экстерьерным признакам
5) скрещивание особей чистых линий для получения эффекта гетерозиса
6) культивирование клеток или тканей на искусственных средах

МИКРОБИОЛОГИЯ
Выберите два верных ответа. Микробиологическое производство как область биотехнологии занимается
1) созданием генетически модифицированных растений
2) изучением клеток бактерий
3) получением антибиотиков и витаминов
4) систематикой вирусов
5) синтезом кормового белка

ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Генная инженерия, в отличие от клеточной, включает исследования, связанные с
1) культивированием клеток высших организмов
2) гибридизацией соматических клеток
3) пересадкой генов
4) пересадкой ядра из одной клетки в другую
5) получение рекомбинантных (модифицированных) молекул РНК и ДНК

2. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из приведённых примеров относят к методам генной инженерии? с
1) пересадка ядра из соматической клетки в половую
2) перенос гена флуоресценции из медузы в плодовую мушку
3) увеличение количества копий гена синтеза жирных кислот в рапсе
4) получение потомства от родителей разных видов
5) кратное увеличение числа хромосом в клетке
6) создание штамма кишечной палочки, производящего инсулин человека

Все приведенные ниже методы, кроме двух, относят к методам генной инженерии. Определите две характеристики, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) разделение молекул ДНК электрофорезом
2) вставка гена в плазмиду
3) гибридизация клеток
4) разрезание плазмидной ДНК эндонуклеазами
5) конъюгация бактерий

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из приведённых характеристик относятся к изображённому на рисунке процессу?
1) происходит репликация ДНК
2) используются рестриктазы
3) производят манипуляции с хромосомой бактерии
4) метод клеточной инженерии
5) может быть этапом получения гормона белковой природы
6) получение рекомбинантной плазмиды

Рассмотрите рисунок «Получение генно-инженерного (рекомбинантного) инсулина». Установите соответствие между характеристиками и структурами, обозначенными на рисунке цифрами 1, 2, 4. Запишите указанные цифры в порядке, соответствующем буквам.
А) вводится в прокариотическую клетку после генетических манипуляций
Б) располагается в нуклеоиде
В) ДНК, обработанная лигазой
Г) содержит ген инсулина
Д) легко передается между бактериями в дикой природе
Е) является рекомбинантной плазмидой

ГЕННАЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ
1. Установите последовательность этапов получения штамма бактерий, содержащих ген животного, с использованием метода генной инженерии. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) встраивание фрагмента ДНК в плазмиду
2) подбор животного, содержащего необходимый аллель
3) размножение прокариотической клетки с гибридной плазмидой
4) введение гибридной плазмиды в клетку бактерии
5) выделение нужного фрагмента ДНК из клетки животного

2. Установите последовательность этапов генноинженерного получения животного белка в бактериальных клетках. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) встраивание фрагмента ДНК (гена) в плазмиду
2) разрушение клеточных мембран животных клеток, выделение молекул ДНК
3) синтез животного белка
4) разрезание молекул ДНК на отдельные фрагменты, выделение гена
5) внедрение плазмид со вставкой в бактериальную клетку

3. Установите последовательность действий исследователя, получающего бактериальные клетки методом рекомбинантных плазмид. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) введение рекомбинантной плазмиды в бактериальную клетку
2) получение фрагмента молекулы ДНК с нужным геном
3) деление бактериальных клеток с рекомбинантной плазмидой
4) внедрение гена в плазмидную ДНК
5) получение нового штамма бактерий

4. Установите последовательность действий ученого для получения генетически модифицированного сорта кукурузы, устойчивого к насекомым-вредителям. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) отбор растений, устойчивых к насекомым-вредителям
2) выращивание растений из культур клеток
3) получение гена, отвечающего за синтез ботулотоксина
4) внедрение вектора в клетки растения
5) встраивание гена в вирусный вектор

5. Установите последовательность действий исследователя при получении бактерий, в которых экспрессируется зелёный флуоресцентный белок. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) трансформация бактерий
2) извлечение гена флуоресцентного белка из медузы
3) отбор колоний, успешно прошедших трансформацию
4) встраивание гена флуоресцентного белка в плазмиду
5) выращивание отдельных колоний из бактерий, на которых проводилась трансформация

6. Установите последовательность действий экспериментатора при создании рекомбинантных плазмид. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) создание фрагментов ДНК
2) использование штаммов бактерий с рекомбинантной плазмидой в производстве
3) введение рекомбинантной плазмиды в бактериальную клетку
4) отбор колоний бактерий с рекомбинантной плазмидой
5) внедрение фрагмента ДНК в плазмидную ДНК

7. Установите последовательность событий, происходящих при получении человеческого инсулина при помощи бактерий. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) встраивание плазмиды в бактериальную клетку
2) очистка инсулина от других молекул
3) синтез инсулина в бактериальной клетке
4) встраивание гена инсулина в плазмиду
5) извлечение гена инсулина из генома человека

8. Установите последовательность этапов работы учёных-микробиологов по созданию искусственно синтезированного инсулина. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) получение штамма бактерий с геном инсулина
2) встраивание гена инсулина в плазмидную ДНК бактерии
3) выделение гена инсулина из клеток человека
4) встраивание рекомбинантной плазмиды в генетический аппарат бактерий
5) промышленное производство гормона инсулина

9. Установите последовательность действий исследователя при получении бактериальных клеток с новым генетическим материалом методом рекомбинантных плазмид. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) образование рекомбинантной плазмиды
2) разрезание молекулы ДНК с нужным геном
3) формирование колоний бактериальных клеток
4) внедрение гена в плазмидную ДНК
5) введение рекомбинантной плазмиды в прокариотическую клетку
6) отбор колоний с нужным геном

10. Установите последовательность этапов получения штаммов бактерий, несущих ген животного, с использованием методов генной инженерии. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) встраивание фрагмента ДНК в плазмиду
2) образование колоний бактерий с целевым геном
3) введение гибридной плазмиды в прокариотическую клетку
4) выделение нужного фрагмента ДНК из клетки животного
5) отбор животного, содержащего необходимый аллель

ГЕННАЯ - КЛЕТОЧНАЯ
1. Установите соответствие между достижениями и направлением биологии: 1) клеточная инженерия, 2) генная инженерия. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) Клонирование
Б) Получение вакцин в культуре клеток
В) Отдаленная гибридизация растений
Г) Трансгенные организмы
Д) Создание банков генов
Е) Получение безвирусного посадочного материала

2. Установите соответствие между характеристиками и методами биотехнологии: 1) генная инженерия, 2) клеточная инженерия. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) использование рекомбинантных плазмид
Б) гибридизация протопластов
В) трансплантация ядер
Г) выращивание культуры клеток
Д) соматическая гибридизация

СОБИРАЕМ
1) изменение участка ДНК, кодирующего первичную структуру белка
2) микроклональное размножение растений

ГМО
Все приведённые ниже характеристики, кроме двух, используют для описания генетически модифицированных организмов. Определите две характеристики, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) содержат аминокислоты, не характерные для других организмов
2) могут иметь аллели и гены, не характерные для представителей данного вида
3) могут вызывать мутации при употреблении в пищу
4) используются в пищевой и фармакологической промышленности
5) имеют искусственно внедрённые изменения генома

КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. В клеточной инженерии используют следующие методы:
1) клонирование
2) культура клеток и тканей
3) микробиологический синтез
4) пересадка природных генов в ДНК бактерий или грибов
5) центрифугирование

2. Все приведенные ниже термины и приёмы, кроме двух, используются для описания методов клеточной инженерии. Определите два термина или приема, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) гетерозис
2) трансплантация ядер клеток
3) межлинейная гибридизация
4) гибридизация соматических клеток
5) выращивание растений из каллусной ткани

3. Выберите два верных ответа. Какие приёмы используют в клеточной инженерии?
1) слияние соматических клеток
2) скрещивание организмов
3) пересадка хлоропластов из клетки в клетку
4) синтез гена инсулина в пробирке
5) получение рекомбинантной ДНК

4. Все приведённые ниже характеристики, кроме двух, используют для описания клеточной инженерии. Определите две характеристики, «выпадающих» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) отбор родителей для скрещивания
2) гибридизация клеток
3) гетерозис у гибридных клеток
4) внедрение плазмиды в клетку эукариот
5) перенос ядра из соматической клетки в яйцеклетку

5. Выберите три верных ответа и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Какие из перечисленных ниже методов относятся к клеточной инженерии?
1) окрашивание срезов тканей
2) культивирование клеток в питательной среде
3) формирование массы недифференцированных клеток растения
4) электронное микроскопирование клеток
5) выращивание нового растения из стеблевого черенка
6) получение гибридных клеток

Установите соответствие между характеристиками и этапами микроклонального размножения растений , обозначенными на схеме цифрами 1, 2, 3. Запишите цифры 1-3 в порядке, соответствующем буквам.
А) содержит дифференцированные клетки материнского растения
Б) в среду добавлены гормоны, вызывающие формирование побегов
В) среда с добавлением веществ, вызывающих активное деление клеток
Г) изоляция органов растения-донора
Д) образуется недифференцированная масса клеток (каллус)

КЛОНИРОВАНИЕ
1. Установите последовательность этапов генетического клонирования овцы. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) введение в яйцеклетку ядра соматической клетки
2) стимуляция дробления зиготы
3) удаление ядра из яйцеклетки
4) получение реконструированной зиготы
5) получение морулы
6) трансплантация эмбриона в овцу-реципиента

2. Установите последовательность этапов клонирования овцы. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) удаление ядра из овоцита
2) дробление яйца
3) гормональная стимуляция овуляции
4) формирование эмбриона
5) введение ядра соматической клетки в безъядерную гамету

Установите соответствие между характеристиками и этапами жизненного цикла организма, обозначенными цифрами 1, 3, 5, 6 на схеме выше. Запишите эти цифры в порядке, соответствующем буквам.
А) генетически идентичен донору соматического ядра
Б) особь-донор генетического материала
В) развивающийся эмбрион
Г) особь-донор яйцеклеток
Д) внедрение соматического ядра в яйцеклетку
Е) содержит вещества для развития эмбриона

КУЛЬТУРА ТКАНИ
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие из перечисленных ниже характеристик используют для описания метода культуры клеток и тканей?
1) электронное микроскопирование клеток
2) выращивание нового растения из стеблевого черенка
3) формирование массы недифференцированных клеток растения
4) окрашивание срезов тканей
5) получение генетически идентичных клеток
6) культивирование клеток (каллуса) на питательных средах

КУЛЬТУРА ТКАНИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ
1. Установите последовательность этапов размножения растений с помощью культуры ткани. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) деление выделенных клеток и получение клеточной массы
2) отделение клеток образовательной ткани растения и помещение их в питательную среду
3) пересадка молодого растения в грунт
4) дифференцировка тканей и органов
5) обработка клеточной массы фитогормонами для дифференцировки клеток

2. Установите последовательность процессов, происходящих при выращивании растений методом культуры клеток и тканей. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) деление клеток растительной ткани на питательной среде
2) развитие генеративных органов растения
3) образование неспециализированной клеточной массы
4) рост и дифференцировка клеток
5) формирование вегетативных органов растения

3. Установите последовательность процессов формированиярастения при использовании метода культуры клеток. Запишите соответствующую последовательность цифр
1) размещение экспланта на питательной среде
2) образование проростка
3) рост клеточной массы (каллуса)
4) выделение группы клеток (экспланта) меристемы почки
5) начало органогенеза
6) формирование зрелого растения

4. Установите последовательность действий учёного при микроклональном размножении растений. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) добавление в среду фитогормонов, вызывающих рост побегов и корней
2) отделение фрагмента меристемы от верхушечной почки
3) выращивание недифференцированной массы клеток – каллуса
4) пересадка молодых растеньиц в почву
5) помещение фрагмента растения на питательную среду

5. Установите последовательность действий учёных при микроклональном размножении растений. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1) высаживание клеток на чашку Петри с питательной средой
2) получение проростков нового растения
3) получение клеток апикальной (верхушечной) меристемы
4) обработка чашки Петри фитогормонами
5) получение недифференцированной массы клеток (каллуса)

6. Установите последовательность действий исследователя, получающего растения методом культуры клеток. Запишите соответствующую последовательность цифр.
1) размещение экспланта на питательной среде
2) органогенез
3) митотическое деление клеток экспланта
4) образование недифференцированной клеточной массы
5) выделение экспланта из вегетативного органа растения

Проанализируйте таблицу «Направления биотехнологии». Заполните пустые ячейки таблицы, используя элементы, приведённые в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий элемент из предложенного списка.
1) нуклеиновые кислоты, плазмиды, вирусы
2) иммобилизированные ферменты
3) штаммы бактерий
4) микробиологическая технология
5) новые породы животных
6) искусственный мутагенез
7) селекция микроорганизмов
8) моноклональные антитела

Экспериментатор кормил лабораторных крыс кормом с добавлением соевого белка. Затем он разделил животных на две равные по численности группы: контрольную, оставшуюся на прежней диете, и опытную, для которой соевый белок был заменен на аналогичный, но выделенный из генномодифицированной сои. Как изменится:
А) масса тела,
Б) частота геномных мутаций;
В) смертность потомства у животных из опытной группы по сравнению с контрольной?
Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения: (1) увеличилась, (2) уменьшилась, (3) не изменилась. Цифры в ответе могут повторяться.