Biologia szkoła ponadgimnazjalna/Biotechnologia i inżynieria genetyczna. Powtórzenie wiadomości

Biotechnologia i inżynieria genetyczna – powtórzenie wiadomości

Biotechnologia tradycyjna

1. Wykorzystanie naturalnych organizmów lub enzymów przez nie wytwarzanych określane jest nazwą biotechnologia tradycyjna.
2. Mikroorganizmy były wykorzystywane do utrwalania żywności już w starożytności.
3. Biologiczny proces fermentacji przeprowadzany przez bakterie lub grzyby pozwala uzyskiwać takie produkty jak: wino, piwo, jogurty, kefiry, sery, kiszone ogórki, kiszona kapustę, salami.
4. Fermentacja przeprowadzana przez bakterie lub grzyby pozwala spulchnić pieczywo.
5. Organizmy żywe mogą być zastosowane podczas oczyszczania ścieków, kompostowania odpadów, usuwania zanieczyszczeń z wód i gleb.
6. Mikroorganizmy naturalnie wytwarzają antybiotyki i witaminy, które po oczyszczeniu mogą być zastosowane jako leki.
7. Z organizmów mogą być produkowane biopaliwa zawierające etanol lub olej.
8. Mikroorganizmy pozwalają uzyskać wartościowe metale nawet z rud, które wcześniej uznano za odpad.

Inżynieria genetyczna

1. Informacja zapisana w DNA jednego organizmu może zostać odczytana i zastosowana w innym organizmie. Uniwersalność kodu genetycznego pozwala na rozwój inżynierii genetycznej.
2. Organizm, w którym informacja genetycznie została zmieniona w laboratorium, określany jest jako organizm modyfikowany genetycznie. Modyfikacja może polegać na dodaniu nowego genu lub genów, zmianie aktywności naturalnie występujących genów lub zwielokrotnieniu części materiału genetycznego w celu zwiększenia natężenia cechy.
3. Fragmenty DNA zawierające wybrany gen można wyizolować, stosując enzymy restrykcyjne. Aby dodatkowy gen wprowadzić do komórki, stosuje się wektory genetyczne. Wektorem może być wirus lub plazmid.
4. Zmodyfikowane organizmy wykorzystywane są w biotechnologii nowoczesnej. Na przykład do produkcji ludzkiej insuliny.
5. Produkty GMO to towary wytworzone ze zmodyfikowanych genetycznie organizmów.

Organizmy modyfikowane genetycznie

1. Materiał genetyczny może być naturalnie przenoszony między mikroorganizmami w procesie transformacji. Jeśli do przeniesienia doszło w wyniku ingerencji człowieka, uzyskiwany jest organizm zmodyfikowany genetycznie.
2. Wprowadzanie dodatkowych genów do mikroorganizmów jest stosunkowo proste. Wiele transgenicznych bakterii, grzybów i protistów jest wykorzystywanych na skalę przemysłową.
3. Insulina, hormon wzrostu, czynniki krzepnięcia krwi, hirudyna, interferon, erytropoetyna to leki rekombinowane wytworzone przez modyfikowane genetycznie mikroorganizmy. Niektóre z tych substancji to białka identyczne z produkowanymi w organizmie człowieka.
4. Transgeniczne mikroorganizmy mogą produkować także związki chemiczne, wykorzystywane w przemyśle, takie jak enzymy i barwniki.
5. Wprowadzenie materiału genetycznego do komórek roślin jest trudniejsze. Często wykorzystywana jest bakteria naturalnie wprowadzająca DNA do infekowanych roślin.
6. Do wprowadzania dodatkowych genów do komórek zwierzęcych stosuje się wyjątkowo cienkie igły, kulki złota pokryte DNA, liposomy. Ze zmodyfikowanych komórek trzeba uzyskać dojrzały organizm.
7. Organizmy roślinne modyfikuje się w celu uzyskania odporności na stosowane herbicydy, choroby, szkodniki. Poprawiona może być wartość odżywcza zebranych plonów.
8. Organizmy zwierzęce modyfikuje się w celu zwiększenia ilości produkowanego mięsa, otrzymania zwierząt odpornych na choroby, uzyskania białek stosowanych jako leki.
9. W niektórych krajach transgeniczna soja odporna na herbicyd niszczący wszystkie chwasty stała się odmianą dominująca w uprawach. Duże znaczenie zyskała też kukurydza i bawełna z genem Bt, odporna na szkodniki.
10. Wykorzystywane zwierzęta zmodyfikowane genetycznie to kilka gatunków ryb z dodatkowymi genami odpowiedzialnymi za produkcję hormonu wzrostu. Karpie, łososie i tilapie szybciej rosną i osiągają większa masę. Uzyskano także świnie, których odchody zawierają mniej szkodliwych dla środowiska związków chemicznych.
11. Powstały zmodyfikowane genetycznie rośliny i zwierzęta traktowane jako odmiany ozdobne lub kolekcjonerskie.

Klonowanie zwierząt

1. Rozmnażanie wegetatywne pozwala łatwo uzyskać identyczne genetycznie rośliny. Sukcesem inżynierii genetycznej jest uzyskanie osobników identycznych genetycznie zwierząt.
2. Pierwszym zwierzęciem uzyskanym w wyniku klonowania dorosłego osobnika była owca Dolly. Od tego czasu udało się sklonować wiele gatunków zwierząt. Prawdopodobnie można klonować osobnika dowolnego gatunku.
3. Potencjalnymi korzyściami płynącymi z rozwoju techniki klonowania zwierząt mogą być: identyczne zwierzęta modyfikowane genetycznie, powielanie zwierząt wyjątkowo cennych, zwiększenie liczebności gatunków zagrożonych, nawet jeśli przy życiu pozostaną osobniki tylko jednej płci.
4. Doświadczenia na zwierzętach pozwalają przypuszczać, że klonowanie ludzi nie jest trudniejsze niż innych zwierząt. Uzyskanie komórek macierzystych identycznych genetycznie z komórkami osoby chorej daje nadzieję na regenerację uszkodzonych lub utraconych narządów.

Korzyści i zagrożenia związane z rozwojem inżynierii genetycznej

Korzyści

1. Powstały skuteczne leki na wiele chorób w tym ludzka insulina wytwarzana przez bakterie lub drożdże.
2. Zmodyfikowane organizmy pozwalają usuwać zanieczyszczenia z terenów skażonych.
3. Możliwe jest zwiększenie ilości produkowanej żywności i surowców dla przemysłu.
4. Na terenach z uprawami odpornymi na szkodniki nie trzeba stosować środków owadobójczych.
5. Transgeniczne rośliny mogą być bardziej wartościową żywnością dla ludzi lub zwierząt (złoty ryż).

Zagrożenia

1. Na terenach upraw odpornych na herbicyd totalny nie rosną żadne inne rośliny. Liczebność populacji dzikich roślin jest ograniczana.
2. Wprowadzone geny mogą zostać przeniesione do dzikich roślin, równowaga w przyrodzie może zostać zaburzona.
3. Zmodyfikowane organizmy mogą rozprzestrzenić się w naturalnych ekosystemach, zaburzając ich równowagę.
4. Substancje wytwarzane w organizmach transgenicznych mogą stanowić zagrożenia dla zdrowia człowieka.

Wykorzystanie badań DNA w sądownictwie, medycynie i nauce

1. Mikroślady biologiczne pozwalają wykryć sprawców przestępstw, nawet tych których nie udało się wykryć wiele lat temu.
2. Badania DNA pozwalają ustalić ojcostwo oraz potwierdzić pokrewieństwo.
3. Badania markerów genetycznych pozwalają ustalić tożsamość ofiar wypadków i przestępstw.
4. Uszkodzone geny można wykryć zanim wystąpią objawy choroby. Pozwala to podjąć środki zapobiegawcze na odpowiednim etapie. Wykrycie mutacji BRCA1 i BRCA2 odpowiedzialnych za zwiększone ryzyko zachorowania na raka pozwala określić jak często należy przeprowadzać badania diagnostyczne.
5. Testy DNA pozwalają wykryć patogeny odpowiedzialne za niebezpieczne choroby, takie jak listerioza. Wykonanie testów jest ważne u osób będących dawcą narządów do przeszczepów.
6. Badania DNA pozwalają wykryć choroby genetyczne przed pojawieniem się objawów.
7. Poznanie genomów kolejnych organizmów pozwala dokładnie zbadać ich metabolizm.
8. Badania DNA pozwalają określić pokrewieństwo między istniejącymi organizmami. Dzięki temu możliwa jest precyzyjna klasyfikacja wszystkich organizmów, także gatunków wymarłych jeśli zachował się ich materiał genetyczny.
9. Dzięki badaniom DNA możliwe jest badanie przebiegu ewolucji poszczególnych grup organizmów.

Poradnictwo genetyczne i terapia genowa

1. Poradnictwo genetyczne kierowane jest do osób i rodzin zagrożonych chorobami genetycznymi.
2. Analiza przeprowadzona odpowiednio wcześnie pozwala podjąć racjonalną decyzję dotycząca posiadania potomstwa lub podjąć kroki minimalizujące uciążliwość wad genetycznych.
3. Terapia genowa to nowy, eksperymentalny sposób leczenie przez wprowadzenie do organizmu chorego dodatkowego materiału genetycznego.
4. Rozwój terapii genowej umożliwi leczenie chorób genetycznych. Doświadczenia kliniczne przyniosły już pierwsze pozytywne rezultaty.
5. Wprowadzenie dodatkowego materiału genetycznego może odbywać się wewnątrz organizmu lub dotyczyć tylko pobranych komórek.

Zadania

1. Do wymienionych produktów dopasuj sposób ich wytwarzania

Sposoby wytwarzania: biotechnologia tradycyjna, biotechnologia z zastosowaniem inżynierii genetycznej. Produkty: • Kiszone ogórki • Ludzka insulina • Witamina B2 • Penicylina • Wino • Czynniki krzepnięcia krwi • Ludzki hormon wzrostu • Jogurty • Erytropoetyna

1. Opisz jakie cechy zostały dodane do gatunków roślin uprawnych, w wyniku wprowadzenia nowych genów

• soja • kukurydza • ryż • bawełna.

1. Która z opisanych osób powinna skorzystać z poradnictwa genetycznego? Odpowiedź uzasadnij.

• Dwudziestoletnia kobieta, niezamężna, w rodzinie nie występują choroby genetyczne. • Zdrowa kobieta, mąż zdrowy, planują ciążę, mężczyzna w wieku 45 lat, kobieta 42 lata. Brak chorób genetycznych w rodzinie • Zdrowy mężczyzna, żonaty, dwoje dzieci, jedno z dzieci choruje na mukowiscydozę, żona zdrowa, planują kolejne dziecko • Zdrowy mężczyzna, wiek 40 lat, wraz z żona planują ciążę, brak chorób genetycznych w rodzinie, żona 25 lat.

1. W której z opisanych sytuacji, testy genetyczne mogą nie dać jednoznacznych dowodów w sprawie karnej?

• Podejrzani to ojciec i syn. • Podejrzani to bracia bliźniacy. Bliźnięta dwujajowe • Podejrzani to bracia bliźniacy. Bliźnięta jednojajowe.

1. Podaj po jednym przykładzie wykorzystania badań genetycznych w wymienionych dziedzinach

• nauka • sądownictwo • medycyna

1. Odmiana pomidora Flavr Savr był pierwszym organizmem modyfikowanym genetycznie wprowadzonym na rynek. Jakiej modyfikacji dokonano w tym organizmie

• wprowadzono nowy gen pochodzący z innego organizmu • wprowadzono anysensowny, gen aby zablokować powstawanie jednego z enzymów • wprowadzono dodatkowy gen już obecny w roślinie.

1. Które z wymienionych chorób mogą być w przyszłości leczone dzięki terapii genowej?

• malaria • choroba Huntingtona • anemia sierpowata • gruźlica • nowotwór jajnika

1. Podczas klonowania królika pobrano komórkę jajową od samicy o barwie szarej. Do oocytu wprowadzono jądro komórkowe pochodzące od czarnego królika. Zarodek został wprowadzony do macicy białej samicy. Jaka barwa potomstwa będzie dowodem na to, że proces klonowania zakończył się powodzeniem?

1. Na miejscu przestępstwa zostały zabezpieczone mikroślady zawierające DNA owoców truskawek. Identyczne genetycznie truskawki zostały znalezione w ogrodzie podejrzanego. Truskawki rozmnażane są wegetatywnie przez rozłogi. Czy podobieństwo genetyczne materiały roślinnego może być wystarczającym dowodem w sprawie sądowej?

1. Wiele osób spodziewa się, że sklonowany człowiek pod każdym względem będzie identyczny z osobą, od której pobrano materiał genetyczny. Wskaż dowód istniejący w przyrodzie, na to że cechy osobowości i charakter nie zostaną powielone podczas klonowania kukurydzy.