Содержание
- Краткое резюме
- Биотехнологии как древняя практика изменения природы
- Искусственный отбор и селекция в растениях и животных
- Полиплоидия: масштабный рост и новые свойства растений
- Лабораторные методы исследования ДНК и генная диагностика
- Генная инженерия и биотехнологии в медицине
- Искусственные организмы и искусственный интеллект в биологии
- Клеточные технологии: бессмертные клетки Хела
- Итоги
Краткое резюме
- Люди с древних времен изменяют окружающий мир и живые организмы с помощью биотехнологий, начиная с одомашнивания волков, что привело к возникновению собак.
- Селекция — искусственный отбор, где отбираются виды и породы по полезным или эстетическим признакам, действует в растениях и животных, но для животных процесс значительно дольше.
- Полиплоидия (увеличение числа хромосом) позволяет создавать крупные и более продуктивные растения, а также бессемянные фрукты (бананы, виноград).
- Современные биотехнологии позволяют не только изменять ДНК, но и расшифровывать геномы, что открывает возможности диагностики, лечения наследственных болезней и эмбрионального отбора.
- Генная инженерия позволяет синтезировать необходимые белки на микроорганизмах (например, инсулин на бактериях) и применять вирусы для генной терапии и лечения рака.
- Впервые создан искусственный организм с полностью собранным с нуля ДНК, а также смоделирован интеллект простейшего существа — круглого червя.
- «Бессмертные» клетки Хела, взятые от Генриетты Лакс, стали основой для большинства клеточных исследований.
Биотехнологии как древняя практика изменения природы
С момента появления человека человечество стремилось изменять мир вокруг себя, приспосабливая среду и других живых существ под свои нужды. Вместо биологической адаптации с помощью естественного отбора мы создаем новые условия, используя инструменты и технологии.
Одним из первых и глобальных достижений в биотехнологиях стало одомашнивание волков, что привело к появлению собак — искусственно выведенного вида из общего предка. Эта селекция основывалась на отборе «дружелюбных» и менее агрессивных особей, способных уживаться рядом с человеком и служить охранниками или помощниками.
«Мы не создаём того, чего природа не могла бы, а лишь подменяем естественный отбор на отбор по человеческим критериям»
Собаки и волки — всё ещё один и тот же вид, способный давать плодовитое потомство, что указывает на гибкость биологических границ и сложность понятия «вид».
Искусственный отбор и селекция в растениях и животных
Селекция — метод, при котором человек выбирает живые организмы с желаемыми характеристиками для дальнейшего размножения. В растениях процесс сравнительно быстрый, потому что цикл размножения короткий. Например, из диких злаков с мелкими зернами за десятки лет селекции была выведена современная кукуруза с огромными початками.
В животном мире селекция длится значительно дольше, ведь размножение животных занимает годы и нужно много времени, чтобы закрепить новые признаки.
Важно помнить, что даже при улучшении пород есть биологические лимиты. К примеру, корова не может давать молока в разы больше, чем позволено природой.
Полиплоидия: масштабный рост и новые свойства растений
Полиплоидия — увеличение количества наборов хромосом (например, с 2n до 4n) — широко используется для получения более крупных и продуктивных растений. Особенно она часто применяется в плодовых культурах:
- Полиплоидные растения дают более массивные плоды.
- Многие современные фрукты, такие как бананы и виноград без косточек, являются полиплоидами.
- Безсемянность — эффект полиплоидии, при котором растения не формируют полноценные семена, что удобно в пищевой промышленности.
Селекция и полиплоидия позволяют создавать продукты, которые не встречаются в дикой природе, ориентируясь на удобство и вкус.
Лабораторные методы исследования ДНК и генная диагностика
Расшифровка генома и умение работать с ДНК — фундамент современной биотехнологии. Для этого разработан метод ПЦР (полимеразная цепная реакция), который позволяет быстро и многократно копировать ДНК-фрагменты с помощью термостабильного фермента, обнаруженного в термофильных бактериях.
Секвенирование (определение последовательности нуклеотидов) позволило в 2001 году завершить проект «Человеческий геном» — крупнейшее международное сотрудничество, выявившее около 25 000 генов.
«Проект человеческого генома дал толчок развитию технологий, которые сейчас позволяют дешифровать геном всего за 10 000 долларов и быстро расширяют возможности медицины».
Генетическое тестирование помогает выявлять наследственные заболевания и риски, что даёт возможность принимать обоснованные решения, например, о методах ЭКО или профилактике болезней.
Генная инженерия и биотехнологии в медицине
Современные методы позволяют встраивать нужные гены с помощью модифицированных вирусов в клетки человека — основу генной терапии. Это помогает лечить наследственные болезни, повышать синтез необходимых белков или даже уничтожать раковые клетки.
Пример — производство инсулина. Теперь его синтезируют бактерии, которым вложен человеческий ген гормона, что значительно дешевле и эффективнее прежних методов (например, выделения из поджелудочной у животных).
Также разрабатываются вирусы, которые избирательно убивают раковые клетки, не повреждая здоровые.
Искусственные организмы и искусственный интеллект в биологии
В 2010 году группа Крейга Вентера синтезировала бактерию с полностью искусственно собранной ДНК — первый в истории организм, созданный «с нуля».
В сфере искусственного интеллекта смоделирован мозг простейшего организма, круглого червя с 302 нейронами, на программируемом конструкторе. Этот искусственный интеллект демонстрирует поведение живого существа в упрощённой форме.
Клеточные технологии: бессмертные клетки Хела
Клетки Хела, взятые у Генриетты Лакс — первая бессмертная клеточная линия, применяемая во всех биологических лабораториях мира для экспериментов. Эти клетки способны делиться бесконечно, в отличие от обычных человеческих клеток, ограниченных числом делений из-за укорочения теломер.
«Генриетта Лакс умерла от рака, но её клетки живут бессмертно и помогли открыть множество биологических тайн».
Итоги
Сегодня биотехнологии — это мощный инструмент, который позволяет человеку изменять природу и лечить болезни на глубоком генетическом уровне. Простые методы отборной селекции сменяются точечными манипуляциями с ДНК, что открывает и большие перспективы, и важные этические вопросы.