Тема: «Биотехнология – достижения и перспективы развития. Генная инженерия»

Разработка урока в 11 классе по биологии Тема: «Биотехнология – достижения и перспективы развития. Генная инженерия»     Тема: «Биотехнология – достижения и перспективы развития. Генная инженерия» Цель: обобщить знания учащихся о методах, достижениях науки и практики в области биотехнологии и генной инженерии.  Рассказать о перспективах развития данной науки. Оснащение: 1) Государственная программа среднего (полного ) общего образования по биологии 10­11 классы. Базовый  уровень. Авторы: И.Б. Агафонова, В.И. Сивоглазов. 2) Интерактивная доска (мультимедийная установка), 3) Учебник биологии: Общая биология. 10—11 классы. Авторы: А.А.Каменский, Е.А. Крискунов, В.В.Пасечник.  4) Таблицы по общей биологии, дополнительная литература о методах биотехнологии. Тип урока: проблемный урок – дискуссия . обобщение материала; закрепление знаний и способов деятельности. Методы, используемые на уроке: репродуктивные, частично­поисковые. Ход урока Рассказ учителя Мультимедийная проекция Слова учителя сопровождает слайд №1,2,3 Слайд №1  Объектами биотехнологии являются бактерии, нитчатые водоросли,  грибы, клетки растительных и животных тканей. Широкое  использование получили такие методы биотехнологии, как клеточная,  хромосомная и генная инженерия. Справка: Биотехнология ­ это производство  необходимых человеку продуктов и материалов с помощью биологических объектов и процессов.  Слайд №2  Клеточная инженерия. В основе этого метода лежит высокая  способность растительных клеток к регенерации, в результате чего  формируется целое растение из одной клетки ­ это свойство носит  название тотипотептности. (слайд №,2) Соматическая гибридизация: при гибридизации лимфоци­тов,  способных синтезировать антитела, но не обладающих  продолжительным ростом в культуре, с раковыми клетками  (опухолевыми), обладающими быстрым ростом и потенци­альным  бессмертием, получены гибридные клетки (гибридомы), способные  синтезировать высокоспецифи­ческие антитела и обладающие  возможностью неограни­ченного размножения в культуре. Клеточная инженерия ­ это метод получения новых  клеток и тканей на искусственной питательной среде.  Слайд №3  Культура растительных клеток используется, например, для быстрого  размножения медленно растущих растений, таких как женьшень,  Соматическая гибридизация ­ метод слияния двух маслинная пальма. (Слайд №3) Одним из методов клеточной инженерии является пересадка ядер  соматических клеток в яйцеклетки. Это метод клонирования, который позволяет получать клонированные организмы ­ генетические копии.  Примером тому стала овечка Долли. (Слайд №3а) различных клеток в культуре тканей.  Рассказ учителя Мультимедийная проекция В 1969 г. ученым впервые удалось осуществить выделение генов из  живой клетки, после чего генная инженерия получила широкое развитие. (слайд №4) Для пересадки генов из одних организмов в другие проводят следующие  операции: (слайд №5­7) 1) с помощью ферментов рестриктаз (разрезающих молекулу ДНК в  строго определенных участках) выделяют гены из клеток бактерий,  растений или животных; 2) с помощью ферментов лигаз (сшивающих кусочки различных молекул  ДНК друг с другом) соединяют отдельные фрагменты ДНК любого  происхождения в единую молекулу в составе плазм иды; Слайд №4 Слайд № 5  Справка: Генная  инженерия основана на  пересадке генов из одних  организмов в другие. 3) эту конструкцию вводят в клетку хозяина (ее называют реципиентом), где она репрецируется и передается потомству. Идентифицируют и  отбирают те клетки, которые несут рекомбинантную ДНК, их называют  трансформированные клетки. Слайд №6 Слайд №7 Справка: Хромосомная  инженерия. Данный  метод основан на  возможности замены  некоторых хромосом в  геноме одного организма,  на сестринские из генома  другого организма этого  же или близкого вида. К  хромосомной инженерии  относится и  искусственное получение  полиплоидных  организмов. Рассказ учителя Мультимедийная прекция Биотехнология на службе человека Слайд № 8 Видеофрагмент № 1 С древних времен известны отдельные биотехнологические процессы,  используемые в сферах практической деятельности человека. К ним  относятся хлебопечение, виноделие, пивоварение, приготовление  кисломолочных продуктов и т. д. Наши предки не имели представления  о сути процессов, лежащих в основе таких технологий, но в течение  тысячелетий, используя метод проб и ошибок, совершенствовали их.  Биологическая сущность этих процессов была выявлена лишь в XIX в.  благодаря научным открытиям Л. Пастера. Его работы послужили  основой для развития производств с использованием разнообразных  видов микроорганизмов. В первой половине XX в. стали применять  микробиологические процессы для промышленного получения ацетона и бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов, кормового  белка. Успехи, достигнутые во второй половине XX в. в области цитологии,  биохимии, молекулярной биологии и генетики, создали предпосылки  для управления элементарными механизмами жизнедеятельности  клетки, что способствовало бурному развитию биотехнологии.  Благодаря селекции высокопродуктивных штаммов микроорганизмов,  эффективность биотехнологических процессов увеличилась в десятки и  сотни раз. (видеофрагмент №1 и №2) «Применение дрожжей  в промышленности» Видеофрагмент № 2 «Применение молочнокислых бактерий» Рассказ учителя Мультимедийная прекция Перспективы развития биотехнологии. Дальнейшее развитие  биотехнологии как отрасли сельскохозяйственного  производства позволит решить многие важные проблемы  человечества. Острейшей проблемой в целом ряде  слаборазвитых стран, стоящей перед человечеством, является  нехватка продоволь­ствия. В связи с этим усилия  биотехнологов направ­лены на повышение эффективности  растениеводства и животноводства. (Слайд № 9) Культурные растения страдают от сорняков, насеко­мых вреди­ телей, фитопатогенных грибов, бактерий, вирусов и т. д.  Перечисленные вредные факторы наряду с неблагоприятными  погодными условиями значительно снижают урожайность  сельскохозяйственных растений.(Слайд №10, 11) Ученые не  только создают высокоурожайные сорта растений, устойчивые  к неблагоприятным факторам, но и разрабатывают  биотехнологические пути защиты растений. На промышленную  основу поставлен выпуск биологических средств борьбы с  вредителями на основе использования их естественных врагов и паразитов, а также токсических продуктов, образуемых  живыми организмами. Важное место в повышении урожайности растений  отводитсябиологическим удобрениям, включающим в себя  различные бактерии.  Все большее распространение получает  использованиебиогумуса — естественного  высокоэффективного органического удобрения. (Слайд №12,) Слайд № 9 Мы питаемся продуктами  генной инженерии?! Слайд № 10 Справка: Во  многих странах выращивают  трансгенные сорта  хлопчатника, кукурузы,  картофеля ­ сорта, устойчивые к вредителям, так  как этирастения  вырабатывают энтомоксин. В  результате повысился урожай  этих культур, не применяются  ядохимикаты против вредите­ лей, и сле­довательно,  окружающая среда не  загрязняется. Слайд № 11 Слайд № 12 Справка: Азотобактерин  обогащает почву не только  азотом, но и витаминами,  фитогормо­нами и  биорегуляторами. Препарат  фосфобактерин превращает  сложные органические  соединения фосфора в  простые, легко усвояемые  растениями. Рассказ учителя Мультимедийная прекция II. Закрепление изученного материала. (Диспут) Слайд № 13 Слайд № 14 1. 2. 3. 4. Что такое биотехнология и каковы ее задачи? Какие задачи стоят перед клеточной и генной  инженерией? Какие перспективы для практической деятельности  человека открывает биотехнология? (Слайд № 13) С какими проблемами может столкнуться  человечество в связи с последними открытиями в  области генетики? (Слайд № 14) III. Проверка домашнего задания. (Работа в малых  группах: каждой группе учащихся предлагается проблема,  после обсуждения в группе ребята предлагают свой вариант решения). Перед обсуждением путём жеребьёвки выбираются  следующие действующие лица: Представитель церкви, член  общества «Гринпис», консультант­генетик, семейная пара,  бизнесмен, зрители. I. Ситуация: Семейная пара хочет ребёнка – гения. 2. Ситуация: Бизнесмен решил клонировать себя.  3. Ситуация: Я боюсь питаться ГМ продуктами. Обсуждение в классе: Возможные пути решения проблемы. За и против? VI. Домашнее задание: написать мини­сочинение на тему  «Недалёкое будущее нашей цивилизации». Дополнительная информация Справка № 1 Геном кишечной палочки был введен ген синтеза инсулина из генома человека, и таким образом получили  инсулин, который используется для лечения больных сахарным диабетом. Растения и животные, геном которых изменен с помощью подобных операций, называют трансгенными. Первые трансгенные  растения были получены в 1983 г. учеными США, Бельгии, Германии. В Китайской Народной Республике выращивают транс­ генный табак, устойчивый к листогрызущим насекомым. На современном этапе уже более чем в 17 странах выращивают  трансгенные растения, которые имеют необходимые для человека сроки созревания, их плоды обладают способностью к  длительному хранению и не теряют товарный вид при транспортировке. Уже получены трансгенные свиньи, овцы, кролики, в  геном которых были введены гены различного происхождения ­ вирусов, микроорганизмов, грибов, человека; получены  трансгенные растения с генами животных, микроорганизмов, вирусов и искусственно созданными генами. Большая часть  трансгенных культур выращивается в США.  В Китае этим методом созданы быстрорастущие сорта риса, сои, томатов, которые могут расти на засоленных почвах. Благодаря генной инженерии получены низкорослые сорта злаков, устойчивые к полеганию. За рост стебля отвечает  фитогормон гиббереллин. У злаков убрали ген, вырабатывающий гиббереллин, и получили низкорослые злаковые культуры,  при этом урожай увеличился в два раза и составил 30­60 ц с гектара. Американские ученые создали новый сорт томата, у которого содержание ликонина (красный пигмент) возросло в 3,5 раза по  сравнению с обычными сортами. Ликонин обладает окислительными свойствами, что снижает вероятность раковых  заболеваний. Люди, употребляющие в пищу такие плоды, реже болеют раком желудка и 12­перстной кишки. Получены  растения­вакцины, позволяющие предотвратить некоторые инфекционные болезни, в частности выращен картофель,  синтезирующий антитела холеры. Справка№2 Мы питаемся продуктами генной инженерии? Не так давно мы узнали, что огромное количество продуктов, которые мы употребляем, являются ничем иным, как детищем генной инженерии. Что же это такое «генная инженерия» в  контексте агропромышленного сектора и насколько вредно употреблять модифицированную таким образом пищу? В нем содержатся «правила», как правильно построить тот или иной белок, чтобы он, к примеру, мог выполнять функцию  гормона или фермента. Таким образом, гены ­ это биологические конструкции, несущие специфические характеристики, присущие тому или иному живому организму. Пересадка генов изменяет «программу» организма­донора. При помощи этого метода исследователи могут менять особые свойства и характеристики растений и животных в нужном им  направлении. Они могут вывести сорт томатов с более длительным сроком хранения или сорт соевых бобов, устойчивых к воздействию гербицидов, получить прирост биомассы телят, регулировать содержание некоторых компонентов молочных  продуктов и многое другое. Таких «генетических реципиентов», которым внедряют постороннюю ДНК, ученые называют  трансгенными. В результате многочисленных экспериментов трансгенных растений «научили» давать несколько урожаев за  сезон (ремантантные сорта), они имеют меньшие проценты накопления гербицидов и быстро растут даже в неблагоприятных  климатических условиях. Казалось, вроде бы все хорошо: и урожай большой, и продукты, как следствие, более дешевые, однако не все так просто.  Дебаты относительно легализации или запрета трансгенных продуктов идут постоянно. Успехи генной инженерии достигли  больших высот. Но единственным «пунктом», ограничивающим её массовую экспансию в сельское хозяйство, является  отсутствие достоверной информации о последствиях употребления таких продуктов. С одной стороны, что непоправимо вредного может случиться, если ты утром съел бутерброд не с натуральным пшеничным  хлебом, а с хлебом, селекционно выведенным? Более того, производители кисломолочных продуктов утверждают, что  генетически модифицированные штаммы бифидо­ и лактобактерий, только повышают качество и биологическую ценность  био­йогуртов, кефиров и сыра. Такие бактерии якобы лучше справляются с дисбактериозом и формируют устойчивую к  патогенным инфекциям микрофлору кишечника. Но с точки зрения безопасности, окончательно не ясно, как могут повлиять продукты с измененным ДНК на самого человека,  если он будет их употреблять в пищу. В Европе есть расхождения по вопросу легализации трансгенных продуктов на  потребительском рынке в то время, как в США и в России, данные продукты разрешены для продажи. Однако,  справедливости ради, стоит заметить, что согласно недавнему распоряжению главного санитарного врача России Геннадия  Онищенко, производители генетически модифицированных продуктов обязаны маркировать свой товар соответствующим  образом. Так что возьмите пример с дотошных европейцев и старательно изучите упаковку. Аббревиатура «ГМИ» указывает на генетически модифицированный источник продукта. Недавно был впервые опубликован  список ГМ­товаров. Вот некоторые, наиболее известные лейблы: хлопья Corn Flaces, Smackcs, Frosted Krispiers Just Right &  Nut шоколад: Toblerone, Cocolate Chip, Kit ­ Kat, M & M­s, Mars, Snickers, Milky Way, Twix, Nestle, Fruit & Nut, напитки: Сoca  ­ cola, Sprite, Pepsi , Pepsi Cherry, 7 ­ Up, Mauntain Dew и др .  Как утверждают в Институте питания РАМН, российским ученым до сих пор не удалось обнаружить факты, которые  свидетельствовали бы о потенциальной угрозе ГМ­ сои или кукурузы для человеческого организма. Однако зарубежные  ученые утверждают обратное. Джон Фейган, доктор медицинских наук, декан аспирантуры и профессор молекулярной  биологии в Университете менеджмента Махариши (Фэарфилд, Айова), получил свыше 2,5 млн. долларов государственных  субсидий на проведение исследований в области генной инженерии. Он считает, что «в действительности, несмотря на то, что гены могут быть извлечены и правильно скрещены в экспериментальной колбе, в жизни очень трудно прогнозировать  последствия вживления генов в чужой организм. Внедренные гены могут также вызвать неожиданные побочные эффекты:  генетически сфабрикованная пища может, к примеру, содержать токсины и аллергены или иметь пониженную питательность, в результате чего потребители могут заболеть. Конечно, пока ученые­генетики окончательно не расставят все точки над , вывод о вреде (или пользе) употребления  генетически модифицированных продуктов придется делать вам. Однако лучше быть особо внимательными к своему  рациону, и даже в условиях бешеного ритма жизни больших городов и быстрого распространения fast – food уметь  грамотно питаться. Справка№3 Российские ученые трансгенных кур чтобы из их яиц получать ценные лекарственные белки. Пока их  усилия при содействии РФФИ и гранта Президента РФ успехом не увенчались Получать лекарственные вещества из яиц трансгенной птицы планируют специалисты Всероссийского государственного  НИИ животноводства РАСХН под руководством академика РАСХН Л.К,Эрнста. Впрочем, пока в распоряжении ученых нет ни трансгенных яиц, ни курицы, способной их откладывать, ни даже петуха, который мог бы стать отцом такой  курицы. Коровы, овцы и козы давно привлекают внимание генных инженеров. Биологически активные белки человека, которые  традиционно выделяли из донорской крови (гормоны, факторы свертывания и т.п.) во многих случаях гораздо  эффективнее и безопаснее получать с молоком трансгенных животных. Ведь донорская кровь опасна для здоровья, а  микроорганизмы не могут синтезировать функциональный человеческий белок. За рубежом есть трансгенные козы,  которые продуцируют чужеродные белки в чрезвычайно высоких концентрациях ( до 4 мг/мл. В России таких животных  нет. Попытки сотрудников Всероссийского государственного НИИ животноводства РАСХН получить животных­ продуцентов успехом не увенчались. И тогда ученые обратили внимание на кур. Куры начинают нести яйца в возрасте  шести месяцев. Вместе с яйцом трансгенная курица отложит и необходимые белки, останется только их съесть.  Содержать птиц гораздо дешевле, чем стадо животных. Производство 1 г трансгенного белка из молочной железы  трансгенного животного обходится за рубежом в 100 долларов, а такое же количество "яичного" белка будет стоить  всего 10­25 центов. АНО "Центр популяризации научных знаний "НаукаПресс" Список литературы 1 Государственная программа среднего (полного ) общего образования по биологии 10­11 классы. Базовый уровень.  Авторы: И.Б. Агафонова, В.И. Сивоглазов.  2. Газета «Аргументы и факты» № 37, 42 / 2008, № 28 / 2007 3. Журнал «Огонёк» № 26 / 2007  4. Учебник биологии: Общая биология. 10—11 классы. Авторы: А.А.Каменский, Е.А. Крискунов, В.В.Пасечник.  5. Интернет ресурсы.