معلومة

12.2: التكنولوجيا الحيوية في الطب والزراعة - علم الأحياء

12.2: التكنولوجيا الحيوية في الطب والزراعة - علم الأحياء



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

من السهل أن نرى كيف يمكن استخدام التكنولوجيا الحيوية للأغراض الطبية. توفر معرفة التركيب الجيني لجنسنا البشري ، والأساس الجيني للأمراض الوراثية ، واختراع التكنولوجيا لمعالجة الجينات الطافرة وإصلاحها ، طرقًا لعلاج الأمراض. يمكن أن تعزز التكنولوجيا الحيوية في الزراعة مقاومة الأمراض والآفات والضغوط البيئية لتحسين كل من غلة المحاصيل وجودتها.

التشخيص الجيني والعلاج الجيني

تسمى عملية اختبار العيوب الجينية المشتبه بها قبل العلاج بالتشخيص الجيني عن طريق الاختبارات الجينية. في بعض الحالات التي يكون فيها المرض الجيني موجودًا في عائلة الفرد ، قد يُنصح أفراد الأسرة بالخضوع للاختبار الجيني. على سبيل المثال ، الطفرات في BRCA قد تزيد الجينات من احتمالية الإصابة بسرطان الثدي والمبيض لدى النساء وبعض أنواع السرطان الأخرى لدى النساء والرجال. يمكن فحص المرأة المصابة بسرطان الثدي بحثًا عن هذه الطفرات. إذا تم العثور على إحدى الطفرات عالية الخطورة ، فقد ترغب قريباتها أيضًا في أن يتم فحصها بحثًا عن تلك الطفرة المعينة ، أو ببساطة أن تكون أكثر يقظة لحدوث السرطانات. يتم أيضًا إجراء الاختبارات الجينية للأجنة (أو الأجنة ذات الإخصاب في المختبر) لتحديد وجود أو عدم وجود الجينات المسببة للأمراض في العائلات التي تعاني من أمراض موهنة محددة.

العلاج الجيني هو تقنية هندسية وراثية قد تستخدم يومًا ما لعلاج بعض الأمراض الوراثية. في أبسط أشكاله ، يتضمن إدخال جين غير متحور في مكان عشوائي في الجينوم لعلاج مرض عن طريق استبدال بروتين قد يكون غائبًا لدى هؤلاء الأفراد بسبب طفرة جينية. عادةً ما يتم إدخال الجين غير المتحور في الخلايا المريضة كجزء من ناقل ينتقل عن طريق فيروس ، مثل الفيروس الغدي ، الذي يمكن أن يصيب الخلية المضيفة وينقل الحمض النووي الغريب إلى جينوم الخلية المستهدفة (الشكل 10.2.1) . حتى الآن ، كانت العلاجات الجينية إجراءات تجريبية في المقام الأول عند البشر. نجح عدد قليل من هذه العلاجات التجريبية ، ولكن قد تكون الطرق مهمة في المستقبل حيث يتم حل العوامل التي تحد من نجاحها.

إنتاج اللقاحات والمضادات الحيوية والهرمونات

تستخدم استراتيجيات التطعيم التقليدية أشكالًا ضعيفة أو خاملة من الكائنات الحية الدقيقة أو الفيروسات لتحفيز جهاز المناعة. تستخدم التقنيات الحديثة جينات محددة من الكائنات الحية الدقيقة المستنسخة في نواقل وتنتج بكميات كبيرة في البكتيريا لإنتاج كميات كبيرة من مواد معينة لتحفيز جهاز المناعة. ثم يتم استخدام المادة كلقاح. في بعض الحالات ، مثل لقاح الأنفلونزا H1N1 ، تم استخدام الجينات المستنسخة من الفيروس لمكافحة سلالات هذا الفيروس المتغيرة باستمرار.

تقتل المضادات الحيوية البكتيريا وتنتجها بشكل طبيعي الكائنات الحية الدقيقة مثل الفطريات. ربما يكون البنسلين هو المثال الأكثر شهرة. يتم إنتاج المضادات الحيوية على نطاق واسع عن طريق زراعة الخلايا الفطرية ومعالجتها. عادةً ما تم تعديل الخلايا الفطرية وراثيًا لتحسين إنتاج مركب المضاد الحيوي.

تم استخدام تقنية الحمض النووي المؤتلف لإنتاج كميات كبيرة من هرمون الأنسولين البشري بكتريا قولونية في وقت مبكر يعود إلى عام 1978. في السابق ، كان من الممكن علاج مرض السكري بأنسولين الخنازير فقط ، والذي تسبب في ردود فعل تحسسية لدى العديد من البشر بسبب الاختلافات في جزيء الأنسولين. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم هرمون النمو البشري (HGH) لعلاج اضطرابات النمو عند الأطفال. تم استنساخ جين HGH من مكتبة cDNA (DNA التكميلي) وإدخاله في بكتريا قولونية الخلايا عن طريق استنساخها في ناقلات بكتيرية.

الحيوانات المعدلة وراثيا

على الرغم من أن العديد من البروتينات المؤتلفة المستخدمة في الطب يتم إنتاجها بنجاح في البكتيريا ، إلا أن بعض البروتينات تحتاج إلى مضيف حيواني حقيقي النواة للمعالجة المناسبة. لهذا السبب ، تم استنساخ الجينات والتعبير عنها في حيوانات مثل الأغنام والماعز والدجاج والفئران. تسمى الحيوانات التي تم تعديلها للتعبير عن الحمض النووي المؤتلف حيوانات معدلة وراثيًا (الشكل 10.2.2).

يتم التعبير عن العديد من البروتينات البشرية في حليب الأغنام والماعز المعدلة وراثيا. في أحد الأمثلة التجارية ، وافقت إدارة الغذاء والدواء على بروتين مضاد للتخثر في الدم يتم إنتاجه في حليب الماعز المعدّل وراثيًا لاستخدامه في البشر. تم استخدام الفئران على نطاق واسع للتعبير عن ودراسة آثار الجينات والطفرات المؤتلفة.

النباتات المعدلة وراثيا

ساعد التلاعب بالحمض النووي للنباتات (إنشاء كائنات معدلة وراثيًا أو كائنات معدلة وراثيًا) في خلق سمات مرغوبة مثل مقاومة الأمراض ومبيدات الأعشاب ومقاومة الآفات وقيمة غذائية أفضل وعمر تخزين أفضل (الشكل 10.2.3). النباتات هي أهم مصدر للغذاء لسكان البشر. طور المزارعون طرقًا لاختيار أنواع نباتية ذات سمات مرغوبة قبل وقت طويل من تأسيس ممارسات التكنولوجيا الحيوية الحديثة.


شكل 10.2.3: غالبًا ما يتم تعديل الذرة ، وهو محصول زراعي رئيسي يستخدم لإنتاج منتجات لمجموعة متنوعة من الصناعات ، من خلال التكنولوجيا الحيوية النباتية. (الائتمان: كيث ويلر ، وزارة الزراعة الأمريكية)

تلقت النباتات المعدلة وراثيًا DNA من أنواع أخرى. نظرًا لاحتوائها على مجموعات فريدة من الجينات ولا تقتصر على المختبر ، تتم مراقبة النباتات المعدلة وراثيًا والكائنات المعدلة وراثيًا الأخرى عن كثب من قبل الوكالات الحكومية للتأكد من أنها صالحة للاستهلاك البشري ولا تعرض الحياة النباتية والحيوانية الأخرى للخطر. نظرًا لأن الجينات الأجنبية يمكن أن تنتشر إلى أنواع أخرى في البيئة ، خاصة في حبوب اللقاح وبذور النباتات ، يلزم إجراء اختبارات مكثفة لضمان الاستقرار البيئي. كانت المواد الغذائية الأساسية مثل الذرة والبطاطس والطماطم أول نباتات المحاصيل التي تمت هندستها وراثيًا.

تحويل النباتات باستخدام أغروباكتريوم توميفاسيانز

في النباتات ، الأورام التي تسببها البكتيريا أغروباكتريوم توميفاسيانز تحدث عن طريق نقل الحمض النووي من البكتيريا إلى النبات. يعتبر الإدخال الاصطناعي للحمض النووي في الخلايا النباتية أكثر صعوبة منه في الخلايا الحيوانية بسبب جدار الخلية النباتية السميك. استخدم الباحثون النقل الطبيعي للحمض النووي من الأجرعية إلى مضيف نبات لإدخال أجزاء من الحمض النووي من اختيارهم إلى مضيفات النبات. في الطبيعة ، المسببة للأمراض A. الورم لديها مجموعة من البلازميدات التي تحتوي على الجينات التي تندمج في جينوم الخلية النباتية المصابة. يتلاعب الباحثون بالبلازميدات لحمل جزء الحمض النووي المطلوب وإدخاله في جينوم النبات.

المبيد الحشري العضوي Bacillus thuringiensis

Bacillus thuringiensis (Bt) هي بكتيريا تنتج بلورات بروتينية سامة للعديد من أنواع الحشرات التي تتغذى على النباتات. تتوقف الحشرات التي أكلت سم Bt عن التغذية على النباتات في غضون ساعات قليلة. بعد تنشيط السم في أمعاء الحشرات ، تحدث الوفاة في غضون يومين. تم استنساخ جينات التوكسين البلوري من البكتيريا وإدخالها في النباتات ، مما يسمح للنباتات بإنتاج سمومها البلورية Bt التي تعمل ضد الحشرات. توكسين Bt آمن للبيئة وغير سام للثدييات (بما في ذلك البشر). نتيجة لذلك ، تمت الموافقة على استخدامه من قبل المزارعين العضويين كمبيد حشري طبيعي. ومع ذلك ، هناك بعض القلق من أن الحشرات قد تطور مقاومة للسموم Bt بنفس الطريقة التي تطور بها البكتيريا مقاومة للمضادات الحيوية.

طماطم FlavrSavr

كان أول محصول معدل وراثيًا تم طرحه في السوق هو طماطم FlavrSavr الذي تم إنتاجه في عام 1994. تم استخدام التكنولوجيا الوراثية الجزيئية لإبطاء عملية التليين والتعفن الناجم عن الالتهابات الفطرية ، مما أدى إلى زيادة العمر الافتراضي للطماطم المعدلة وراثيًا. أدى التعديل الجيني الإضافي إلى تحسين نكهة هذه الطماطم. لم تنجح طماطم FlavrSavr في البقاء في السوق بسبب مشاكل صيانة المحصول وشحنه.

ملخص

يتم إجراء الاختبارات الجينية لتحديد الجينات المسببة للأمراض ، ويمكن استخدامها لإفادة الأفراد المصابين وأقاربهم الذين لم تظهر عليهم أعراض المرض بعد. العلاج الجيني - الذي يتم من خلاله دمج الجينات العاملة في جينومات الأفراد ذوي الجينات الطافرة غير العاملة - لديه القدرة على علاج الأمراض الوراثية. الكائنات المعدلة وراثيا تمتلك دنا من أنواع مختلفة ، وعادة ما تتولد عن طريق تقنيات الاستنساخ الجزيئي. اللقاحات والمضادات الحيوية والهرمونات هي أمثلة على المنتجات التي تم الحصول عليها عن طريق تقنية الحمض النووي المؤتلف. تم إنشاء الحيوانات المعدلة وراثيا لأغراض تجريبية ويستخدم بعضها لإنتاج بعض البروتينات البشرية.

يتم إدخال الجينات في النباتات باستخدام البلازميدات في البكتيريا أغروباكتريوم توميفاسيانزالذي يصيب النباتات. تم إنشاء نباتات معدلة وراثيًا لتحسين خصائص نباتات المحاصيل - على سبيل المثال ، من خلال منحها مقاومة الحشرات عن طريق إدخال جين للسم البكتيري.

قائمة المصطلحات

العلاج الجيني
التقنية المستخدمة في علاج الأمراض الوراثية عن طريق استبدال الجينات الطافرة بجينات جيدة
الاختبارات الجينية
تحديد المتغيرات الجينية في الفرد التي قد تؤدي إلى مرض وراثي في ​​ذلك الفرد

تطبيقات التكنولوجيا الحيوية في الزراعة

توضح النقاط التالية التطبيقات الأربعة الرئيسية للتكنولوجيا الحيوية في الزراعة: - 1. التكاثر الدقيق 2. الاستقراء واختيار متحولة 3. إنتاج الجسد الهجينة 4. إنتاج النباتات المعدلة وراثيا.

تطبيق # 1. التكاثر الدقيق:

يعد التكاثر الجماعي لنباتات المحاصيل والغابات أحد التطبيقات المهمة لتقنية التكاثر الدقيق. أدى تطور الأجنة من الخلايا الجسدية في المزرعة إلى إنتاج البذور الاصطناعية.

تتضمن هذه التقنية واللمعان ثلاث مراحل:

(أ) ترسيخ الثقافة

(ج) نقل النباتات من أنبوب الاختبار إلى التربة

تم تجديد النبيتات في الخلايا والأنسجة النباتية المستزرعة في العديد من الأشجار ذات القيمة الاقتصادية العالية. تهدف العديد من الدراسات إلى التكاثر الدقيق على نطاق واسع للأشجار المهملة والقصيرة التي تنتج الوقود واللب والأخشاب والزيوت والفواكه.

لذلك ، تكتسب الغابات المستنسخة والبستنة اعترافًا متزايدًا بأنها بديل ورائع لتحسين الأشجار. في السنوات الأخيرة ، نشأ الاهتمام في تسويق التكاثر في المختبر لأشجار الغابات.

سيؤدي هذا إلى تحسين الإجراءات الحالية لجعل التكاثر الدقيق أكثر فعالية من حيث التكلفة. لتحسين وتحسين النباتات الشجرية ذات القيمة الاقتصادية العالية ، تم إجراء التحول الجيني والتجديد في المختبر في العديد من نباتات كاسيات البذور وعاريات البذور.

تطبيق # 2. تحريض واختيار متحولة:

يتم استخدام المطفرات الفيزيائية والكيميائية المختلفة في نباتات إإكسبلنتس من أنواع مختلفة لتوليد طفرات. الآن يمكن استخدام المسوخ لتحديد خطوط الخلايا المتغيرة المقاومة للمضادات الحيوية ، نظائر الأحماض الأمينية ، الكلورات ، نظير قاعدة الحمض النووي ، السموم الفطرية ، الضغوط البيئية (الملوحة ، التبريد ، درجة الحرارة المرتفعة ، سمية الألومنيوم) والأعشاب والشيكيدات ، إلخ. .

أثبتت أنظمة الخلية المنفردة أو أنظمة استنبات الخلايا الأولية أنها ذات قيمة في تكوين الطفرات والخلل لأن وجود الخلايا المنفصلة في هذه المواد أكثر فاعلية في إحداث الطفرات والطفرات ، كما أن عزل السلالة الطافرة أسهل.

تطبيق # 3. إنتاج الهجينة الجسدية:

يمكن أن تخضع كل من pro & shytoplasts للانصهار في ظل ظروف مفضلة وقابلة للكسر ويمكن أن يؤدي المنتج المنصهر إلى ظهور مصنع هجين جسدي يوفر:

(أ) إمكانية تكوين هجين لأشكال غير ذات صلة على نطاق واسع ،

(ب) وسيلة لاجنسية لنقل الجينات إما للجينوم الكامل أو الجينوم الجزئي.

من خلال الإنتاج الناجح للنباتات الهجينة على مستويين رباعي الصبغيات وسداسي الصبغيات ، لكل من الاندماجات الداخلية والداخلية ، يتم نقل charac & shyters من الأنواع البرية غير المتوافقة جنسياً إلى الصنف.

تشمل الأساليب الأخرى للتلاعب الجيني تشعيع البروتوبلاست المتبرع بصفات مفيدة ، لتفتيت وخجل جينوماتها ، متبوعًا بالاندماج في البروتوبلاست المتقبل رباعي الصبغيات. يوفر اندماج البروتوبلاست أيضًا وسيلة لنقل السمات السيتوبلازمية إلى خلفية جينومية أخرى.

تم إنتاج الهجينة الجسدية بين العامة في العديد من الأجناس مثل & # 8216Raphanobrassica & # 8217 ، والتي تم الحصول عليها من خلال الاندماج بين Raphanus sativus و Brassica campestris ، & # 8216Solanopersicon & # 8217 ، التي تم الحصول عليها من خلال الاندماج بين Solanum tuberosum و Lycopersicon esculentum ، إلخ.

تم استخدام تقنية cybrid pro & shyduction في نقل السيتوبلاز والطابع العقيم للذكور ، كما تم في حالة Nicotiana و Brassica و Petunia.

تطبيق # 4. إنتاج النباتات المعدلة وراثيا:

يمكن استخدام الهندسة الوراثية لإدخال الجينات في النبات ، والتي لا توجد في أي عضو من نفس عائلة النبات.

إذا كان سيتم استخدام النباتات المعدلة وراثيًا تجاريًا ، فيجب استيفاء المعايير التالية:

(أ) إدخال الجين (الجينات) التي تهم جميع الخلايا النباتية

(ب) المستقرة الرئيسية والخجل من المعلومات الجينية الجديدة

(ج) ترانس و shymission من الجين الجديد إلى الجينات اللاحقة

(د) التعبير عن الجينات المستنسخة في الخلايا الصحيحة في الوقت الصحيح.

عدد من الصفات المفيدة ، معظمها جين واحد ، التي تم نقلها للحصول على الجينات المعدلة لأغراض مختلفة هي:

(ط) مصانع مقاومة الآفات الحشرية:

باستخدام تقنية نقل الجينات فإن Bt. تم نقل الجين (بروتين Cry I من Bacillus thuringiensis) إلى العديد من نباتات المحاصيل مثل الأرز والقطن والطماطم والبطاطا والشيش وغيرها ، كما تم تطوير نباتات مقاومة للحشرات (محاصيل Bt.).

(2) النباتات المقاومة لمبيدات الأعشاب:

باستخدام مناهج التكنولوجيا الحيوية ، تم الحصول على العديد من نباتات المحاصيل المقاومة لمبيدات الأعشاب مثل الكرنب ، والطماطم ، والذرة ، والقطن ، وفول الصويا ، إلخ.

(3) النباتات المقاومة للفيروسات:

يمكن إدخال جينات بروتين الغلاف الفيروسي للحصول على النباتات المقاومة للفيروسات كما حدث في الطماطم والبطاطس والكوسا والبابايا ، إلخ.

(4) مقاومة مسببات الأمراض البكتيرية والفطرية:

تتوفر العديد من الأمثلة حيث تم تطوير النباتات المعدلة وراثيا ضد مسببات الأمراض البكتيرية والفطرية. تم إدخال جين الكيتيناز في التبغ للحصول على مقاومة ضد البقعة البنية ، تم إدخال جين أستيل ترانسفيراز في التبغ للحصول على المقاومة ضد أمراض الحرائق البرية.

(5) تحسين الجودة الغذائية:

يمكن تحسين الجودة الغذائية عن طريق إدخال الجينات وتجنبها لإنتاج cyclodextrins ، vita & shymins ، الأحماض الأمينية ، إلخ.

تم الحصول على البطاطس المعدلة وراثيا لإنتاج جزيء سيكلودكسترين ، تم الحصول على الأرز المعدل وراثيا المسمى & # 8216 الأرز الذهبي & # 8217 لإنتاج برو فيتامين أ الذي فتح الطريق لتحسين التغذية stan & shydards تم إدخال جين Ama-I في البطاطس. تم زيادة محتوى النشا في البطاطس المعدلة وراثيا.

(6) جودة بروتين البذور وزيت البذور:

تم استخدام تقنية الحمض النووي المؤتلف بنجاح لتحسين جودة البروتين في البذور كما حدث في نبات البازلاء الغني بالكبريت الذي يحتوي على الأحماض الأمينية ، كما تم إنتاج الحبوب الغنية باللايسين.

تم تحويل بذور اللفت الزيتية إلى مادة معدلة وراثيًا ذات جودة زيت البذور المعدلة ، أي حمض الأيروسيك المنخفض. كما تم إنتاج حمض لينولينيك منخفض يحتوي على الكتان وحمض دهني عالي يحتوي على فول الصويا والقرطم.

(7) تحسين الجودة لتجهيز الأغذية:

& # 8216Flavr-Savr & # 8217 تم رفع مجموعة متنوعة من الطماطم مما يدل على مقاومة الكدمات بالإضافة إلى تأخر النضج.

(8) عقم الذكور واستعادة الخصوبة في النباتات المحورة وراثيا:

تم إنتاج نباتات ذكورية معدلة وراثيًا باستخدام الجين & # 8216barnase & # 8217 الذي يحتوي على المنتج السام للخلايا الموسوم بمحفز TA-29 spe & shycific ، وتم إنتاج مجموعة أخرى من النباتات لاستعادة عامل الخصوبة بمساعدة & # 8216barstar & # 8217 الجين الموسوم بنفس المروج. F1 يجب أن تسهل الهجينة من هاتين المجموعتين من الجينات المعدلة وراثيًا إنتاج البذور الهجينة وإيقافها لتحسين المحاصيل.


البكتيريا في علم الأحياء والتكنولوجيا الحيوية والطب

توفر البكتيريا في علم الأحياء والتكنولوجيا الحيوية والطب ، الإصدار السادس ، مقدمة قابلة للقراءة ومحدثة للموضوع الذي لا يفترض أي معرفة مسبقة. كان أهم تطور منذ نشر الإصدار الخامس هو نشر تسلسل الجينوم بأكمله ، والذي سيشكل الأساس للتغييرات الرئيسية في الإصدار السادس. يغطي الكتاب علم وظائف الأعضاء البكتيري العام ، ويبدأ بالجوانب الأساسية مثل البنية والنمو والتمايز والتمثيل الغذائي والبيولوجيا الجزيئية. ثم يبحث في الجوانب التطبيقية بما في ذلك الهندسة الوراثية والطب والغذاء والتعدين الحيوي والمياه ومعالجة مياه الصرف الصحي. كما يغطي التطهير والتعقيم والمضادات الحيوية والثقافة والفحص المجهري والتلطيخ والتصنيف الجزيئي. يتم تضمين العديد من المراجع الحديثة للأوراق والمراجعات مع الرسوم التوضيحية الجيدة والفهرس الشامل.

السعر: 85،90 €

السعر شامل. ضريبة القيمة المضافة ، غير شامل شحن

البكتيريا في علم الأحياء والتكنولوجيا الحيوية والطب ، الإصدار السادس هو كتاب مدرسي واسع النطاق لعلم الجراثيم النقي والتطبيقي. مكتوبًا بلغة واضحة ، يتيح النص المحدث للقراء إمكانية الوصول إلى الأفكار الجديدة والتطورات في الأدبيات الحالية. الكتاب مخصص في المقام الأول للطلاب الجامعيين وطلاب الدراسات العليا في علم الأحياء ، والتكنولوجيا الحيوية ، والطب ، والعلوم البيطرية ، وعلم العقاقير ، وعلم الأحياء الدقيقة ، وعلوم الغذاء ، وعلوم البيئة والزراعة ، ولا يُفترض وجود معرفة مسبقة بالبكتيريا.

تم تحديث هذه الطبعة الجديدة على نطاق واسع ، فجزء كبير من النص جديد ، أو أعيد كتابته ، وهناك العديد من المراجع الجديدة. تم وصف أكثر من 70 جنسًا من البكتيريا ، مرتبة أبجديًا ، في الملحق. تعمل المراجع التبادلية والفهرس التفصيلي على زيادة إمكانية الوصول إلى البيانات.

1. البكتيريا: مقدمة.

1.3 تصنيف البكتيريا وتسميتها.

2.1 أشكال وأحجام وترتيبات الخلايا البكتيرية.

2.2 الخلية البكتيرية: نظرة فاحصة.

2.3 Trichomes و coenocytic البكتيريا.

3. النمو والتكاثر.

3.2 النمو في خلية واحدة.

3.3 النمو في التجمعات البكتيرية.

4.1 دورة حياة Caulobacter.

4.4 الحركة ، الأكياس غير المتجانسة ، الهرموغوني.

5.1 استقلاب الطاقة في المواد الكيميائية.

5.2 استقلاب الطاقة في الصور الضوئية.

5.3 مواضيع أخرى في استقلاب الطاقة.

6 التمثيل الغذائي الثاني: الكربون. 6.1 استيعاب الكربون في ذاتية التغذية.

6.2 امتصاص الكربون في الكائنات غيرية التغذية.

6.3 تخليق وتحويل وبلمرة مركبات الكربون.

6.4 ميثيلوتروفي في البكتيريا.

7. البيولوجيا الجزيئية 1: الجينات والتعبير الجيني.

7.1 الكروموسومات والبلازميدات.

7.2 الأحماض النووية: البنية.

7.4 تعديل وتقييد الحمض النووي.

7.5 توليف الحمض النووي الريبي: النسخ.

7.6 البروتينات: التركيب والجوانب الأخرى.

7.7 مراقبة وإصلاح الحمض النووي.

7.8 تنظيم التعبير الجيني.

8. البيولوجيا الجزيئية 2: تغيير الرسالة.

8.5 الهندسة الوراثية / تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف.

9.1 العاثيات الخبيثة: الدورة اللايتية.

9.2 العاثيات المعتدلة: Lysogeny.

9.6 كيف يتم تقييد هروب الحمض النووي للعاثية في البكتيريا المضيفة؟

10. البكتيريا في العالم الحي.

10.1 المجتمعات الميكروبية.

10.2 الكائنات الرمية ، والحيوانات المفترسة ، والطفيليات ، والمتعايشات.

10.3 البكتيريا ودورات المادة.

10.4 بكتيريا نواة الجليد.

10.5 علم الجراثيم في الموقع - حقيقة أم خيال؟

10.6 تأثير الدفيئة.

10.7 البكتيريا المؤتلفة في البيئة.

10.8 البكتيريا غير المستزرعة / غير المستزرعة.

11.1 البكتيريا كممرضات.

11.2 طرق العدوى.

11.5 العامل الممرض: عوامل الفوعة.

11.6 تفاعلات العامل الممرض مع المضيف: منظور جديد.

11.7 انتقال المرض.

11.8 الكشف المختبري وتوصيف مسببات الأمراض.

11.9 الوقاية من الأمراض المعدية ومكافحتها.

11.10 بعض الملاحظات على العلاج الكيميائي.

11.11 بعض الأمراض البكتيرية.

12. علم الجراثيم التطبيقي 1: الغذاء.

12.1 البكتيريا في صناعة الأغذية.

12.3 التسمم الغذائي ونظافة الغذاء.

13. علم الجراثيم التطبيقي 2: جوانب متنوعة.

13.1 تغذية الحيوانات وحماية النباتات.

13.2 التعدين الحيوي (التبييض البيولوجي).

13.3 مساحيق الغسيل البيولوجية.

13.6 تشغيل مسببات الأمراض.

13.7 بلاستيك من البكتيريا: & # 39Biopol & # 39.

13.9 تكنولوجيا المحاكاة الحيوية.

14 بعض علم الجراثيم العملي.

14.1 السلامة في المختبر.

14.2 الوسائط البكتريولوجية.

14.4 أدوات عالم الجراثيم.

14.5 طرق التلقيح.

14.6 تحضير مزرعة نقية من خليط من الكائنات الحية.

16 تحديد وتصنيف البكتيريا.

16.2 تصنيف (تصنيف) بدائيات النوى.

الملحق أوصاف صغيرة لبعض الأجناس والعائلات والأوامر وفئات أخرى من البكتيريا.


حلول NCERT للتكنولوجيا الحيوية من الفئة 12 وتطبيقاتها

الموضوعات والموضوعات الفرعية بتنسيق حلول NCERT للفئة 12 علم الأحياء الفصل 12 التكنولوجيا الحيوية وتطبيقاتها:

اسم القسم اسم الموضوع
12 التكنولوجيا الحيوية وتطبيقاتها
12.1 تطبيقات التكنولوجيا الحيوية في الزراعة
12.2 تطبيقات التكنولوجيا الحيوية في الطب
12.3 الحيوانات المعدلة وراثيا
12.4 قضايا أخلاقية
12.5 ملخص

تم حل الأسئلة الواردة في الكتاب المدرسي

1. إن بلورات توكسين Bt التي تنتجها بعض البكتيريا لا تقتل البكتيريا نفسها بسبب & # 8211
(أ) البكتيريا مقاومة للسم
(ب) التوكسين غير ناضج
(ج) التوكسين غير نشط
(د) تضع البكتيريا السم في كيس خاص.
الجواب: (ج) التوكسين غير نشط.

2. ما هي البكتيريا المعدلة وراثيا؟ وضح باستخدام أي مثال واحد.
الجواب: تسمى البكتيريا التي تحتوي على جينات أو جينات من كائن غير ذي صلة مدمج في جينومها البكتيريا المعدلة وراثيًا. على سبيل المثال ، عندما يتم إدخال جين الأنسولين البشري في البلازميد المعزول لبكتيريا الإشريكية القولونية وينتقل هذا الحمض النووي المؤتلف إلى بكتيريا جديدة ، عندئذ يُقال إن الجين الأخير هو بكتيريا معدلة وراثيًا أو محولة.

3. قارن وقارن بين مزايا وعيوب إنتاج المحاصيل المعدلة وراثيا.
الجواب:

4. ما هي بروتينات Cry؟ اسم الكائن الذي ينتجها. كيف استغل الإنسان هذا البروتين لمصلحته؟
الجواب: بكتيريا Bacillus thuringiensis هي بكتيريا شائعة في التربة تنتج سمًا بروتينيًا يقتل بعض الحشرات. السم هو بروتين بلوري (صرخة). هناك عدة أنواع من بروتينات Cry وهي سامة لمجموعات مختلفة من الحشرات. يسمى الجين المشفر لبروتين Cry جين البكاء. تمكن علماء التكنولوجيا الحيوية من عزل الجين المسؤول عن إنتاج السم وإدخاله في عدد من النباتات لإنتاج نباتات معدلة وراثيًا مقاومة للحشرات ، مثل القطن Bt (المقاوم لدودة اللوز) والتبغ المعدّل وراثيًا (المقاوم للديدان القرنية).

5. ما هو العلاج الجيني؟ وضح باستخدام مثال نقص الأدينوزين ديميناز (ADA).
الجواب: العلاج الجيني هو تصحيح الخلل الوظيفي عن طريق إصلاح أو إضافة نسخة صحيحة. ADA (نقص الأدينوزين ديميناز) هو اضطراب وراثي نادر جدًا بسبب حذف الجين لإنزيم الأدينوزين ديميناز. يعد الإنزيم ضروريًا لوظائف الجهاز المناعي. يمكن علاجه بالعلاج الجيني. يتم نقل هذا الجين إلى الخلايا الجنينية المبكرة لنخاع العظام للاستخدام الدائم.

6. تمثل بشكل رقمي الخطوات التجريبية في الاستنساخ والتعبير عن جين بشري (لنقل الجين لهرمون النمو) إلى بكتيريا مثل E. coli؟
الجواب:

7. هل يمكنك اقتراح طريقة لإزالة الزيت (الهيدروكربون) من البذور بناءً على فهمك لتكنولوجيا الحمض النووي الريبي وكيمياء الزيت؟
الجواب: يجب تحديد جينات تكوين الزيت في البذرة. يجب إزالة الجينات المناسبة بمساعدة نوكليازات التقييد. يجب بعد ذلك معالجة هذا الحمض النووي باستخدام روابط DNA لصنع ختم DNA عند النهايات المكسورة. عندما تنمو هذه الخلايا بطريقة معقمة على وسط المغذيات سوف تتمايز لتصبح نباتًا جديدًا لن تحتوي بذوره على زيت.

8. اكتشف من الإنترنت ما هو الأرز الذهبي.
الجواب: الأرز الذهبي هو صنف معدّل وراثيًا من الأرز (أوريزا ساتيفا) يحتوي على كميات جيدة من كاروتين (بروفيتامين أ) وهو المصدر الرئيسي لفيتامين أ. نظرًا لأن حبات الأرز صفراء اللون بسبب β-كاروتين ، فإن الأرز يكون يطلق عليه عادة الأرز الذهبي. تم تطويره في المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا من قبل البروفيسور إنغو بوتريكوس وبيتر باير.

9. هل دمنا يحتوي على البروتياز والنوكلييز؟
الجواب: لا ، الدم لا يحتوي على البروتياز والنوكلياز. إذا كان من الممكن أن يتم هضم الدم والخلية ، فإن بعض الأنزيم البروتيني موجود بالفعل في شكل غير نشط.

10. استشر الإنترنت واكتشف كيفية صنع دواء فعال عن طريق الفم وبروتين أمبروتين. ما هي المشكلة الرئيسية التي يجب مواجهتها؟
الجواب: منتج البروتين الفعال عن طريق الفم الذي يتم تصنيعه بنجاح هو لقاحات للوقاية من الأمراض المعدية مثل التهاب الكبد B ، والهربس ، والأنفلونزا ، وما إلى ذلك. عن طريق تكوين الكالس ويتم الحصول على البطاطا المؤتلفة / المعدلة وراثيا التي تحتوي على تلك اللقاحات.


تطبيقات التكنولوجيا الحيوية في الزراعة

مراسل شومبيي موزوندو
التكنولوجيا الحيوية هي أسرع تخصص علم الأحياء نموًا مدفوعًا بالطلب المتزايد باستمرار على الغذاء والوقود في بيئة أنظف وأكثر اخضرارًا.

بشكل عام ، تشمل التكنولوجيا الحيوية مجموعة واسعة من التقنيات التي تستخدم أنظمة حية لإنتاج منتجات وخدمات مفيدة.

يعد دمج التكنولوجيا الحيوية في النظام الزراعي أمرًا بالغ الأهمية لاستخدام الموارد المحدودة بشكل أفضل ، وزيادة المحاصيل الزراعية وتقليل الآثار الضارة لاستخدام المبيدات الحشرية والأسمدة الكيماوية.

التكنولوجيا الحيوية الزراعية هي أحد مجالات العلوم الزراعية التي تستخدم أدوات البيولوجيا الخلوية والجزيئية لتحسين التركيب الجيني والإدارة الزراعية للمحاصيل والحيوانات.

هناك العديد من تقنيات التكنولوجيا الحيوية التي يستخدمها العلماء والباحثون في هذا التخصص والتي تشمل الهندسة الوراثية ، والاختيار بمساعدة الواسم ، والتهجين ، وزراعة الأنسجة النباتية ، وتكنولوجيا التسميد الحيوي ، وتكنولوجيا التلقيح الاصطناعي ، وتشخيص أمراض النبات والماشية ، وكذلك إنتاج اللقاحات.

إن استخدام أدوات التكنولوجيا الحيوية هذه في زيمبابوي لديه القدرة على تحسين سبل عيش حوالي 7،6 مليون شخص يعيشون في المناطق الريفية ويعتمدون بشكل أساسي على الزراعة.

يتم تطبيق التكنولوجيا الحيوية على نبات الطماطم

تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف

هذه تقنية يمكن من خلالها للنبات أو الحيوان تلقي مادة وراثية (DNA) من كائن حي مختلف لتحسين خصائصه أو جعله يؤدي وظائف جديدة.

الكائنات المعدلة وراثيا (GMOs) تشمل المحاصيل الزراعية التي تم تعديلها وراثيا لمقاومة الآفات أو الأمراض أو الظروف البيئية. على سبيل المثال ، قطن Bt هو قطن معدل وراثيًا يشتمل على جين مشتق من بكتيريا Bacillus thuriengiensis. القطن Bt مقاوم للهجوم من قبل دودة اللوز الأمريكية ، وهي آفة رئيسية على القطن.

قد تستلزم الأساليب الأخرى منح مقاومة النبات للمعالجات الكيميائية (مثل مقاومة مبيدات الأعشاب).

وبدلاً من ذلك ، يمكن إجراء إنتاج مغذٍ معين أو منتج صيدلاني في كائن معدل وراثيًا معينًا.

على الرغم من وجود العديد من الفوائد ، إلا أن تطوير الكائنات المعدلة وراثيًا يواجه عددًا من العقبات بما في ذلك التكلفة العالية لإنشاء نوع واحد ، والمدة الطويلة للموافقة التنظيمية (عادةً 10 سنوات على الأقل) ومعارضة عامة واسعة النطاق.

لم تقم زمبابوي بعد بتسويق أي كائنات معدلة وراثيًا.

يتضمن التهجين الجمع بين صفات كائنين من سلالات مختلفة ، أو أصناف ، أو أنواع ، أو أجناس من خلال التكاثر الجنسي لإضفاء شخصية جديدة من شأنها زيادة إنتاجيتها. هناك عدد من الشركات في زيمبابوي التي تنتج وتوزع البذور المهجنة بما في ذلك بذور الذرة المهجنة وبذور القطن والقمح وفول الصويا والشعير والذرة الرفيعة وبذور الفول السوداني.

المخصبات الحيوية هي تركيبات حية جاهزة للاستخدام من الكائنات الحية الدقيقة المفيدة. إنها عضوية بنسبة 100 في المائة ويتم تطبيقها على البذور أو الجذر أو التربة.

يمكن أن تقلل الأسمدة الحيوية من الاستخدام المفرط للأسمدة الكيماوية ، وتثري التربة بتلك الكائنات الدقيقة التي تنتج مغذيات عضوية للتربة وتساعد في مكافحة الأمراض وكذلك تزود المزارعين بمصدر أرخص من الأسمدة.

الانتقاء بمساعدة الواسم / أو التربية الجزيئية

الاختيار بمساعدة العلامة هو تقنية متطورة بين شركات التكنولوجيا الحيوية النباتية اليوم. يمكن لمربي النباتات استخدام هذه التقنية لتحديد وتجميع السمات المرغوبة لتسريع عملية تطوير أنواع هجينة تجارية جديدة.

على عكس الكائنات المعدلة وراثيًا ، فإن أصناف المحاصيل الجديدة التي يتم إنتاجها عن طريق الانتقاء بمساعدة الواسمات يتم تجنبها من التجارب التنظيمية والمعارضة العامة بشكل أساسي بسبب عدم تجاوز الحدود الجينية الطبيعية للنبات.

استخدمت بعض بيوت البذور والمؤسسات البحثية في زيمبابوي هذه التقنية لتطوير أنواع محاصيل محسنة من الذرة والدخن والذرة الرفيعة والبقوليات يمكنها تحمل الآثار الضارة للتغير المناخي.

الحل المبتكر للإنتاجية المنخفضة لمزارعي الكسافا والبطاطا والبطاطا الحلوة في زيمبابوي هو تقنية زراعة الأنسجة. زراعة الأنسجة ، التي يشار إليها عادة باسم التكاثر الدقيق ، هي أداة تكاثر حيث ينمو المزارع الأنسجة أو الخلايا خارج النبات نفسه في بيئة اصطناعية.

يمكن أن تنتج ملايين النبتات الخالية من الأمراض من أصناف عالية الغلة. بدلاً من زراعة القطع المقطوعة من النباتات التقليدية الناضجة أو البذور المريضة ، يمكن للمزارعين زراعة نباتات خالية من الفيروسات وعالية النشاط من أصناف عالية الإنتاجية يتم إنتاجها باستخدام تقنية زراعة الأنسجة.

معهد هراري للتكنولوجيا (HIT) هو أحد المؤسسات التي تستخدم حاليًا تقنيات زراعة الأنسجة لإنتاج فطر المحار لأغراض تجارية. كما وسعت HIT خدماتها من خلال تقديم دورات تدريبية على الفطر.

تقنية التلقيح الصناعي

نمت تكنولوجيا التربية على قدم وساق على مدى العقود القليلة الماضية مع التلقيح الاصطناعي الذي أصبح أحد التقنيات التي اعتمدها العديد من مزارعي الألبان واللحوم لتربية الجيل القادم من حيوانات المزرعة مثل الأبقار والخنازير.

التلقيح الاصطناعي هو عملية جمع الحيوانات المنوية من ذكر الحيوان وإيداعها يدويًا في الجهاز التناسلي للأنثى. يوفر فرصة لاستخدام السائل المنوي من أفضل الثيران لبناء جودة الذبيحة وزيادة الوزن في الماشية.

يمكن للمزارعين المحليين ، بمساعدة مربي جيد أو مفتش واسع المعرفة ، استخدام هذه الأداة الرئيسية لتحسين الصادرات وخلق الثروة والتغذية للأسر.

تشخيص الأمراض واللقاحات

يقوم المزارعون في زيمبابوي بتربية الأبقار والماعز والدجاج والأغنام بشكل رئيسي. يمكن الوقاية من العديد من الأمراض التي تقلل من إنتاجية هؤلاء المزارعين من خلال مراعاة ممارسات النظافة والإدارة والتغذية الجيدة.

تعد تقنيات التكنولوجيا الحيوية لتشخيص الأمراض وإنتاج اللقاحات أدوات أساسية للإدارة الفعالة للمرض.

تتم مقارنة هذه التقنيات بالطرق المصلية (اختبارات الدم التي يمكنها تشخيص الأمراض المختلفة) بشكل أسرع ، وبدرجة أكبر من الدقة والدقة وتقليل متطلبات العمالة.

يمكن لبعض المعاهد البحثية المحلية تطوير لقاحات وتقديم خدمات التشخيص الجزيئي لإدارة فعالة للأمراض والتي تترجم بعد ذلك إلى إنتاج ماشية صحية.

هذا العرض هو مجرد لمحة عن مساهمات التكنولوجيا الحيوية الزراعية في مجتمعنا.

هناك الكثير من المنتجات والخدمات المعروضة بينما لا يزال بعضها قيد التطوير.

لمزيد من المعلومات ، يرجى عدم التردد في الاتصال بالمؤلف على [email & # 160protected] أو [email & # 160protected] Shumbeyi محاضر في قسم التكنولوجيا الحيوية في معهد هراري للتكنولوجيا


مرحبًا بكم في العالم الحي

- المنتجات من مصادر غير بشرية تسبب استجابات مناعية غير مرغوب فيها. لكن العلاجات المؤتلفة لا تعاني من مثل هذه المشاكل.

- في الوقت الحاضر ، تمت الموافقة على حوالي 30 علاجًا مؤتلفًا. من بين هؤلاء ، يتم تسويق 12 من هؤلاء في الهند.

1. الأنسولين المعدل وراثيا

- Insulin is used to manage adult-onset diabetes.

- Insulin from the pancreas of animals (cattle & pigs) causes allergy or other types of reactions to the foreign protein.

- Now, it is possible to produce human insulin using bacteria.

- Insulin consists of two short polypeptide chains (chain A & chain B) that are linked by disulphide bridges.

- In mammals, insulin is synthesized as a pro-hormone (pro-insulin). It is processed to become mature and functional hormone.

- The pro-hormone contains an extra stretch called C peptide. This is removed during maturation into insulin.

- In 1983, Eli Lilly (an American company) prepared two DNA sequences corresponding to A & B chains of human insulin and introduced them in plasmids of بكتريا قولونية to produce insulin chains. Chains A & B were combined by creating disulfide bonds to form human insulin (Humulin).

- It is a method to correct a gene defect in a child/embryo.

- Here, genes are inserted into a person’s cells and tissues to treat a hereditary disease. It compensates for the non-functional gene.

- First clinical gene therapy (1990) was given to a 4-year old girl with adenosine deaminase (ADA) deficiency.

- This is caused due to the deletion of a gene of adenosine deaminase (an enzyme for the functioning of immune system). It can be cured by bone marrow transplantation or by enzyme replacement therapy (injection of ADA). But these are not completely curative.

- Gene therapy for ADA deficiency: Collect الخلايا الليمفاوية from the patient’s blood and grow in a culture → Introduce a functional ADA cDNA into lymphocytes (using a retroviral vector) → They are returned to the patient.

This should be periodically repeated as lymphocytes are not immortal.

- If the ADA gene from marrow cells is introduced into cells at early embryonic stages, it could be a permanent cure.

- Conventional methods ( serum & urine analysis) are not suitable for e arly diagnosis of diseases.

- It is possible by techniques such as Recombinant DNA technology, PCR & ELISA.

PCR (Polymerase Chain Reaction):

- Presence of a pathogen is normally suspected only based on symptoms. By this time, the concentration of pathogen is already very high in the body.

- However, very low concentration of a bacteria or virus can be detected by amplification of their nucleic acid by PCR.

o To detect HIV in suspected patients.

o To detect gene mutations in suspected cancer patients.

o To identify many other genetic disorders.

- A single stranded DNA or RNA, tagged with a radioactive molecule (probe) is hybridized to its complementary DNA in a clone of cells. It is detected by autoradiography. The clone having mutated gene will not appear on photographic film, because the probe will not have complementarity with mutated gene.

ELISA (Enzyme Linked Immuno-Sorbent Assay):

- It is based on antigen-antibody interaction.

- Infection by pathogen can be detected by the presence of المستضدات (proteins, glycoproteins, etc.) or by detecting the الأجسام المضادة synthesized against the pathogen.


Biotechnology: what it is and how it's about to change our lives

Biotechnology - technology that uses living organisms to make products - could soon allow us to conjure up products as diverse as household cleaning products, organs for transplant and cleaner renewable fuels. Sang Yup Lee, Distinguished Professor at the Korea Advanced Institute of Science and Technology, and co-chair of the Global Future Council on Biotechnologies, explains how biotechnology is poised to change our lives, and why it could one day be as commonplace as having a cellphone or a tablet.

For people who are not familiar with biotechnologies, what are they and how do they impact our lives?

Biotechnology is a broad range of technologies that employ living organisms or parts of them to make diverse products. For example, drugs and therapeutics, nutritional compounds, environmentally friendly chemicals and materials, biofuels, and novel functional materials can be produced through biotechnology. More broadly, medical biotechnology, agricultural biotechnology and industrial biotechnology will all play increasingly important roles in our everyday life. Biotechnology can also be employed to degrade toxic or harmful chemicals and agents to solve environmental problems.

Your council will focus on developments in biotechnologies. What impact do you hope the council can have in the global conversation?

Like all technologies, biotechnology offers the potential of enormous benefit but also potential risks.

Biotechnology could help address many global problems, such as climate change, an aging society, food security, energy security and infectious diseases, to name just a few.

Our council intends to build a map of these global problems, which will show which biotechnologies could help with each global challenge. To do that, we will also take into consideration a realistic timeline, potential risks involved and other factors. Hopefully, the result will be a state-of-the-art biotechnology vision report that includes not only policy suggestions but also in depth information for both experts and the public.

What are these risks? What will the council do to avoid them?

Just like other emerging technologies, we cannot predict with absolute certainty the risks with biotechnology.

For example, synthetic biology is already contributing very much to the development of many biological systems producing drugs, chemicals and fuels without using fossil resources. However, if misused, synthetic biology can generate biological and chemical materials that are harmful to human beings as well as the environment.

Genome editing, especially when it is performed on people, will always carry ethical questions.

There are also questions in biofuels, ICT-based monitoring and diagnostics, and so on.

All these risks and challenges need to be addressed through dialogues among stakeholders including policy makers, experts, the public, and NGOs to map the risks and solutions. That is definitely one of the things The Global Future Council on Biotechnology will be studying by employing diverse expertise of council members and through dialogues with cross-council members and other stakeholders.

What else needs to be done to advance/speed up the development of bio-technologies? Where is it most relevant/important?

We need to see continued efforts in research as there are still many unknowns about living organisms. In depth research on cells, multi-cells, tissues, organs, organisms, and even communities of organisms would lead to better understanding of them and ultimately to develop better biotechnological applications.

Regulation is another place where we need to see advances. We need to ensure safety and security through regulation, but at the same time make sure we aren’t putting unnecessary hurdles in place which slow down progress. The only way we are going to achieve that is through a strong dialogue among all the stakeholders.

What are the big trends in biotechnologies right now? What are you excited about?

There are so many exciting things happening thanks to the rapid advances in biotechnology.

The genome editing of living organisms, including microorganisms, plants and animals, is exciting for many potential applications. With these advances, we could enhance bio-based chemicals production, increase food production and maintain a better nutritional value, or we could manufacture organs for transplant.

Metabolic engineering and synthetic biology are advancing very rapidly as well. That has led to the production of many chemicals, fuels and materials from renewable biomass, rather than depending on fossil resources.

We’re seeing some amazing developments in healthcare and the medical sector as well. New, highly complex natural compounds from bio-sources are becoming suitable for pharmaceutical purposes. Stem-cell therapy, ICT-integrated biotechnology, and many others will help address the health challenges brought on by an aging population.

Where do you think biotechnologies will be by 2030?

Biotechnology will become as common as having a cellphone or going online. There is going to be an even larger number of biotech companies, both big and small, along with an increasing number of venture companies.

In small villages or even at home, biotechnology might be used, just like in Science Fiction novels. You might simply ask a machine to make some household chemicals you need, rather than go buy it at the supermarket. Biotech trash converters could do away with waste.

Biotechnology could also help to tackle large national issues such as healthcare. Global healthcare spending, currently, is about 8 trillion US dollars. That price tag could be as high as we have to go, thanks to biotechnology. Even as the population grows, costs shouldn’t increase thanks to technologies such as efficient disease prevention and wellbeing programmes, precision medicine, genome editing, organ production, and stem-cell therapy. I think all of these will become rather routine.

So by 2030, I think it is realistic to say that biotechnology will become a part of our life, from drugs, medicine and therapeutics to environmentally friendly chemicals, fuels and materials.


The people

Exploring the lives and works of the leading people from across the world like Hubert Schoemaker (pictured) whose efforts have helped build biotechnology into a world changing science. Hubert Schoemaker (Born: 1950-03-23T00:00:00+0000 1950 - Died: 2006-01-01T00:00:00+0000 2006) Schoemaker was co-founder and first Chief Executive Officer of Centocor, an American biotechnology company that pioneered the commercialisation of monoclonal antibody diagnostics and therapeutics. Click here to learn more about Hubert Schoemaker.


The use of agricultural biotechnology

الهندسة الوراثية

Over the years, researchers have learned how to mutate organisms, moving genes from one to another. This process is known as genetic modification, genetic improvement or genetic engineering. The process permits the transfer of useful characteristics into a microorganism, animal or plant by inserting genes from another organism. All the crops which have been improved using this process are meant to help farmers increase crop productivity. The process reduces crop damage from insects, diseases, and weeds.

Molecular diagnostics

These methods can help detect gene products or genes which are very precise. Molecular diagnostics are used in agriculture to diagnose livestock or crop diseases.

Molecular markers

Traditional breeding involves the selection of animals and plants relying on measurable or visible traits. Specialists are able to use molecular markers to select animals or plants which feature a desirable gene by analyzing the DNA of an organism. The process can be successful even in the absence of a visible trait. Therefore, breeding grew to be more efficient and precise. Molecular markers can also be used identify undesirable genes which can be eliminated in future generations.

Tissue culture

This is in charge of the plants’ regeneration in the laboratory when it comes to disease-free plant parts. The tissue culture technique allows for the reproduction of disease-free planting material for crops. Some examples of crops produced via tissue culture include papaya, coffee, bananas, mangoes, avocados, pineapples, and citrus.

اللقاحات

The vaccines derived from biotechnology are implemented for humans and livestock. These vaccines can be better, cheaper and safer compared to traditional vaccines. They are stable at room temperature and will not need refrigerated storage. This is very important for smallholders in tropical countries. Some of these new vaccines can offer protection for the first time against some infectious illnesses.

The gene engineering process can make plants resistant to pests and insects.


Biotechnology in Medicine and Agriculture

It is easy to see how biotechnology can be used for medicinal purposes. Knowledge of the genetic makeup of our species, the genetic basis of heritable diseases, and the invention of technology to manipulate and fix mutant genes provides methods to treat diseases. Biotechnology in agriculture can enhance resistance to disease, pests, and environmental stress to improve both crop yield and quality.

Genetic Diagnosis and Gene Therapy

The process of testing for suspected genetic defects before administering treatment is called genetic diagnosis by genetic testing. In some cases in which a genetic disease is present in an individual’s family, family members may be advised to undergo genetic testing. For example, mutations in the BRCA genes may increase the likelihood of developing breast and ovarian cancers in women and some other cancers in women and men. A woman with breast cancer can be screened for these mutations. If one of the high-risk mutations is found, her female relatives may also wish to be screened for that particular mutation, or simply be more vigilant for the occurrence of cancers. Genetic testing is also offered for fetuses (or embryos with in vitro fertilization) to determine the presence or absence of disease-causing genes in families with specific debilitating diseases.

See how human DNA is extracted for uses such as genetic testing.

العلاج الجيني is a genetic engineering technique that may one day be used to cure certain genetic diseases. In its simplest form, it involves the introduction of a non-mutated gene at a random location in the genome to cure a disease by replacing a protein that may be absent in these individuals because of a genetic mutation. The non-mutated gene is usually introduced into diseased cells as part of a vector transmitted by a virus, such as an adenovirus, that can infect the host cell and deliver the foreign DNA into the genome of the targeted cell ([link]). To date, gene therapies have been primarily experimental procedures in humans. A few of these experimental treatments have been successful, but the methods may be important in the future as the factors limiting its success are resolved.

Production of Vaccines, Antibiotics, and Hormones

Traditional vaccination strategies use weakened or inactive forms of microorganisms or viruses to stimulate the immune system. Modern techniques use specific genes of microorganisms cloned into vectors and mass-produced in bacteria to make large quantities of specific substances to stimulate the immune system. The substance is then used as a vaccine. In some cases, such as the H1N1 flu vaccine, genes cloned from the virus have been used to combat the constantly changing strains of this virus.

Antibiotics kill bacteria and are naturally produced by microorganisms such as fungi penicillin is perhaps the most well-known example. Antibiotics are produced on a large scale by cultivating and manipulating fungal cells. The fungal cells have typically been genetically modified to improve the yields of the antibiotic compound.

Recombinant DNA technology was used to produce large-scale quantities of the human hormone insulin in بكتريا قولونية as early as 1978. Previously, it was only possible to treat diabetes with pig insulin, which caused allergic reactions in many humans because of differences in the insulin molecule. In addition, human growth hormone (HGH) is used to treat growth disorders in children. The HGH gene was cloned from a cDNA (complementary DNA) library and inserted into بكتريا قولونية الخلايا عن طريق استنساخها في ناقلات بكتيرية.

الحيوانات المعدلة وراثيا

Although several recombinant proteins used in medicine are successfully produced in bacteria, some proteins need a eukaryotic animal host for proper processing. For this reason, genes have been cloned and expressed in animals such as sheep, goats, chickens, and mice. Animals that have been modified to express recombinant DNA are called transgenic animals ([link]).

Several human proteins are expressed in the milk of transgenic sheep and goats. In one commercial example, the FDA has approved a blood anticoagulant protein that is produced in the milk of transgenic goats for use in humans. Mice have been used extensively for expressing and studying the effects of recombinant genes and mutations.

النباتات المعدلة وراثيا

Manipulating the DNA of plants (creating genetically modified organisms, or GMOs) has helped to create desirable traits such as disease resistance, herbicide, and pest resistance, better nutritional value, and better shelf life ([link]). Plants are the most important source of food for the human population. Farmers developed ways to select for plant varieties with desirable traits long before modern-day biotechnology practices were established.

Transgenic plants have received DNA from other species. Because they contain unique combinations of genes and are not restricted to the laboratory, transgenic plants and other GMOs are closely monitored by government agencies to ensure that they are fit for human consumption and do not endanger other plant and animal life. Because foreign genes can spread to other species in the environment, particularly in the pollen and seeds of plants, extensive testing is required to ensure ecological stability. Staples like corn, potatoes, and tomatoes were the first crop plants to be genetically engineered.

Transformation of Plants Using أغروباكتريوم توميفاسيانز

In plants, tumors caused by the bacterium أغروباكتريوم توميفاسيانز occur by transfer of DNA from the bacterium to the plant. The artificial introduction of DNA into plant cells is more challenging than in animal cells because of the thick plant cell wall. Researchers used the natural transfer of DNA from الأجرعية to a plant host to introduce DNA fragments of their choice into plant hosts. In nature, the disease-causing A. الورم have a set of plasmids that contain genes that integrate into the infected plant cell’s genome. Researchers manipulate the plasmids to carry the desired DNA fragment and insert it into the plant genome.

The Organic Insecticide Bacillus thuringiensis

Bacillus thuringiensis (Bt) is a bacterium that produces protein crystals that are toxic to many insect species that feed on plants. Insects that have eaten Bt toxin stop feeding on the plants within a few hours. After the toxin is activated in the intestines of the insects, death occurs within a couple of days. The crystal toxin genes have been cloned from the bacterium and introduced into plants, therefore allowing plants to produce their own crystal Bt toxin that acts against insects. Bt toxin is safe for the environment and non-toxic to mammals (including humans). As a result, it has been approved for use by organic farmers as a natural insecticide. There is some concern, however, that insects may evolve resistance to the Bt toxin in the same way that bacteria evolve resistance to antibiotics.

FlavrSavr Tomato

The first GM crop to be introduced into the market was the FlavrSavr Tomato produced in 1994. Molecular genetic technology was used to slow down the process of softening and rotting caused by fungal infections, which led to increased shelf life of the GM tomatoes. Additional genetic modification improved the flavor of this tomato. The FlavrSavr tomato did not successfully stay in the market because of problems maintaining and shipping the crop.

ملخص القسم

Genetic testing is performed to identify disease-causing genes, and can be used to benefit affected individuals and their relatives who have not developed disease symptoms yet. Gene therapy—by which functioning genes are incorporated into the genomes of individuals with a non-functioning mutant gene—has the potential to cure heritable diseases. Transgenic organisms possess DNA from a different species, usually generated by molecular cloning techniques. Vaccines, antibiotics, and hormones are examples of products obtained by recombinant DNA technology. Transgenic animals have been created for experimental purposes and some are used to produce some human proteins.

Genes are inserted into plants, using plasmids in the bacterium أغروباكتريوم توميفاسيانز, which infects plants. Transgenic plants have been created to improve the characteristics of crop plants—for example, by giving them insect resistance by inserting a gene for a bacterial toxin.

متعدد الخيارات

What is a genetically modified organism (GMO)?

  1. a plant with certain genes removed
  2. an organism with an artificially altered genome
  3. a hybrid organism
  4. any agricultural organism produced by breeding or biotechnology

What is the role of أغروباكتريوم توميفاسيانز in the production of transgenic plants?

  1. Genes from A. الورم are inserted into plant DNA to give the plant different traits.
  2. Transgenic plants have been given resistance to the pest A. الورم.
  3. A. الورم is used as a vector to move genes into plant cells.
  4. Plant genes are incorporated into the genome of أغروباكتريوم توميفاسيانز.

إستجابة مجانية

Today, it is possible for a diabetic patient to purchase human insulin from a pharmacist. What technology makes this possible and why is it a benefit over how things used to be?

The human insulin comes from the gene that produces insulin in humans, which has been spliced into a bacterial genome using recombinant DNA technology. The bacterium produces the insulin, which is then purified for human use. Before there was genetically engineered human insulin, diabetics were given insulin extracted from pig pancreases, which was similar to, but not exactly like, human insulin. Because it was not exactly like human insulin, the pig insulin caused complications in some diabetic patients.

قائمة المصطلحات