Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Вопросы к билетам по дисциплине «Биотехнология и биобезопасность»
1. Проблема биобезопасности в науке и обществе.
2. Биобезопасность в клеточных, тканевых и органных биотехнологиях.
3. Генетический риск и биобезопасность в биоинженерии.
4. Критерии, показатели и методы оценки биобезопасности генетически модифицированных организмов (ГМО) и получаемых из них продуктов.
5. Государственный контроль и регулирование генно-инженерной деятельности и использования генетически модифицированных организмов (ГМО) и полученных из них продуктов.
6. Особенности государственного регулирования генно-инженерной деятельности и контроля за биобезопасностью продуктов, полученных из ГМО, в США.
7. Реакция мировой общественности на ускоренное развитие биотехнологии и биоинженерии в ведущих странах мира.
8. Генетически-модифицированные организмы. ГМО — организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии. Это определение может применяться для растений, животных и микроорганизмов. Генетические изменения, как правило, производятся в научных или хозяйственных целях. Генетическая модификация отличается целенаправленным изменением генотипа организма в отличие от случайного, характерного для естественного и искусственного мутационного процесса. Основным видом генетической модификации в настоящее время является использование трансгенов для создания трансгенных организмов. В сельском хозяйстве и пищевой промышленности под ГМО подразумеваются только организмы, модифицированные внесением в их геном одного или нескольких трансгенов. Основные этапы создания ГМО: 1. Получение изолированного гена. 2. Введение гена в вектор для переноса в организм. 3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм. 4. Преобразование клеток организма. 5. Отбор генетически модифицированных организмов и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.
9. Генно-инженерные организмы на службе у медицины. В настоящее время в мире, по данным ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения), насчитывается около 110 млн людей, страдающих диабетом. И эта цифра в ближайшие 25 лет может удвоиться.
Диабет — страшное заболевание, которое вызывается нарушением работы поджелудочной железы, вырабатывающей гормон инсулин, необходимый для нормальной утилизации содержащихся в пище углеводов. На начальных стадиях развития болезни достаточно использовать меры профилактики, регулярно следить за уровнем сахара в крови, потреблять меньше сладкого. Однако для приблизительно 10 миллионов пациентов показана инсулиновая терапия: они вынуждены ежедневно вводить в кровь препараты этого гормона. Начиная с двадцатых годов прошлого века для этих целей использовали инсулин, выделенный из поджелудочных желез свиней и телят. Животный инсулин в основном аналогичен человеческому, однако между ними имеются и определенные различия. Так, в молекуле инсулина свиньи в отличие от человеческого в одной из цепей аминокислота треонин замещена аланином. Считается, что эти незначительные на первый взгляд отличия могут вызывать у отдельных пациентов серьезные осложнения (нарушение работы почек, расстройство зрения, аллергию). Кроме того, несмотря на высокую степень очистки, не исключена вероятность переноса вирусов от животных к людям. И наконец, число больных диабетом растет так быстро, что обеспечить всех нуждающихся животным инсулином уже не представляется возможным. Заметим также, что это весьма дорогое лекарство.
Разработка технологии производства искусственного инсулина является поистине триумфом генетики. Сначала с помощью специальных методов определили строение молекулы этого гормона, состав и последовательность аминокислот в ней. В 1963 году молекулу инсулина синтезировали с помощью биохимических методов. Однако осуществить в промышленном масштабе столь дорогостоящий и сложный синтез, включающий 170 химических реакций, оказалось сложно.
Поэтому в дальнейших исследованиях упор был сделан на разработку технологии биологического синтеза гормона в клетках микроорганизмов, для чего использовали весь арсенал методов генетической инженерии. Зная последовательность аминокислот в молекуле инсулина, ученые рассчитали, какой должна быть последовательность нуклеотидов в гене, кодирующем этот белок, чтобы получилась нужная последовательность аминокислот. «Собрали» молекулу ДНК из отдельных нуклеотидов в соответствии с определенной последовательностью, «добавили» к ней регуляторные элементы, необходимые для экспрессии гена в прокариотическом организме E.coli, и встроили эту конструкцию в генетический материал микроба. В результате бактерия смогла вырабатывать две цепи молекулы
инсулина, которые в дальнейшем можно было соединить с помощью химической реакции и получить полную молекулу инсулина.
Наконец, ученым удалось осуществить в клетках E.coli биосинтез молекулы проинсулина, а не только ее отдельных цепей. Молекула проинсулина после биосинтеза способна соответствующим образом преобразовываться (формируются дисульфидные связи между цепями А и В), превращаясь в молекулу инсулина. Эта технология имеет серьезные преимущества, поскольку различные этапы экстракции и выделения гормона сведены к минимуму. При разработке такой технологии была выделена информационная РНК проинсулина. Используя ее в качестве матрицы, с помощью фермента обратной транс- криптазы синтезировали комплементарную ей молекулу ДНК, которая представляла собой практически точную копию натурального гена инсулина. После пришивания к гену необходимых регулятор- ных элементов и переноса конструкции в генетический материал E.coli стало возможным производить инсулин на микробиологической фабрике в неограниченных количествах. Его испытания показали практически полную идентичность натуральному инсулину человека. Он намного дешевле препаратов животного инсулина, не вызывает осложнений.
Другая, не менее трагическая проблема здоровья человека связана с нарушением работы желез внутренней секреции, приводящим к выраженному замедлению роста детей и появлению так называемых лилипутов, карликов. Это заболевание вызвано недостаточной секрецией гормона роста — соматотропина, который вырабатывается гипофизом (железой, расположенной в нижней части мозга). До середины 1980-х годов эту болезнь пытались лечить путем введения в кровь пациентов препаратов гормона роста, выделенных из гипофиза умерших людей. Нет смысла объяснять, насколько сложно получить необходимое для терапии количество такого гормона. Помимо чисто технических (в гипофизе содержится очень небольшое количество гормона), финансовых (препарат немыслимо дорогой), этических и прочих проблем имеется риск переноса пациентам опаснейших заболеваний, например всем известного синдрома Кройцфельда—Якоби — коровьего бешенства. Для достижения положительного результата лечения соматотропин вводят внутримышечно три раза в неделю в дозах порядка 6 —10 мг на килограмм веса пациента с возраста 4 — 5 лет до половой зрелости и даже дольше. Из гипофиза одного умершего можно получить лишь 4 —6 мг препарата. Поэтому даже разработанные на государственном уровне специальные программы по производству соматотропина в таких странах, как США, Великобритания, Франция, не могли полностью удовлетворить спрос
на этот препарат. Так, в США в 70 —80-е годы прошлого века ежегодно выделяли гипофиз у 60000 трупов. Полученного соматотропи- на хватало для адекватного лечения лишь 1500 детей в год.
Ген, кодирующий образование гормона роста человека, был синтезирован искусственно и встроен в генетический материал E.coli аналогично тому, как это сделали с геном инсулина. В настоящее время проблема производства высококачественного, безопасного для здоровья пациентов соматотропина в необходимых количествах и при минимальных затратах полностью решена. Более того, с помощью технологии рекомбинантных ДНК получены штаммы микроорганизмов, способные синтезировать и другие факторы роста человеческого организма. Для целей сельского хозяйства большое значение имела организация производства гормона роста крупного рогатого скота (впервые — американской фирмой Монсанто). Его применение позволяет значительно (до 15% и более) повысить удойность коров. Сам ген, кодирующий образование соматотропина, пытаются использовать в генетической инженерии животных для выведения ускоренно растущих пород. Так, получены обнадеживающие результаты на рыбах. Лососи с встроенным геном гормона роста способны достигать потребительских размеров за один год вместо двух в отличие от обычных рыб.
Для производства «трансгенных» медицинских препаратов в настоящее время используют не только специальным образом модифицированные микроорганизмы, но и культуры животных клеток. Например, биосинтез рекомбинантного фактора VIII человеческой крови позволяет эффективно решать проблему лечения больных гемофилией (с пониженной свертываемостью крови). До этого фактор VIII выделяли из крови доноров, что связано с риском заражения пациентов вирусными инфекциями типа гепатита. Производство трансгенного эритропоэтина (гормона, стимулирующего образование красных кровяных клеток человека) помогает бороться с различными анемиями. До недавнего времени наиболее эффективным методом лечения анемии считалось неоднократное переливание донорской крови, обходившееся очень дорого и также связанное с рисками, названными выше.
Эти примеры можно продолжить. Следует отметить, что в настоящее время технология рекомбинантных ДНК позволяет получать более дешевые и безопасные вакцины для лечения опаснейших инфекционных заболеваний (гепатита, полиомиелита и др.). Во многих случаях получение подобных вакцин традиционными методами попросту невозможно. На основе генно-инженерных биотехнологий созданы более совершенные методы диагностики и лечения болезней
человека. Именно с генетической инженерией человечество связывает свои надежды на решение проблемы лечения практически неизлечимых пока болезней: рака, СПИДа, шизофрении, болезни Альцгей- мера, наследственных болезней: талассемии, болезни Хантингтона, фиброзного цистита и др.
10. Использование генно-инженерных организмов в сельском хозяйстве. Несмотря на впечатляющие достижения генетической инженерии в области медицины, наибольший резонанс в обществе, однако, вызвало применение генетически модифицированных организмов для производства сельскохозяйственной продукции. Это и понятно. Проблемы медицины касаются в основном небольшой части населения, страдающей серьезными заболеваниями. Больной человек готов использовать любые средства для того, чтобы поправить свое здоровье. Поэтому он особо не задумывается над тем, каким образом получено лекарство. Важно, чтобы оно помогало лечить болезни, не вызывая осложнений. Сложившаяся в цивилизованном мире система апробации новых лекарственных препаратов, предполагающая, среди прочего, многочисленные испытания на безопасность, в целом себя оправдала и пользуется доверием потребителей, даже несмотря на отдельные, очень редкие трагические инциденты, связанные с использованием новых лекарств.
Иная ситуация с сельскохозяйственной продукцией. Ее проблемы затрагивают каждого из нас. Да и психология у здорового человека отличается от таковой у больного, особенно если это касается его диеты. Любой новый, незнакомый продукт питания воспринимается с подозрением, возрастающим в случаях, когда распространяются слухи об опасности его для здоровья. Сейчас с улыбкой вспоминаются нешуточные баталии, которые в свое время бушевали вокруг новых для европейцев продуктов — картофеля, кофе, кукурузы. Срабатывает принцип принятия мер предосторожности: если продукта не знаешь, лучше воздержаться от его потребления.
11. Достижения генетической инженерии животных. Первое трансгенное животное было получено в 1982 г. Р.Д. Пальмитером с соавторами. Это была гигантская мышь, которой пересадили ген гормона роста крысы. Трансгенные животные получили широкое распространение как биореакторы, т.е. продуценты биологически активных лекарственных белков человека, секретируемых в молоко: гормонов, ферментов, антител, факторов свертывания крови и роста и др. В 1988 г. впервые удалось получить трансгенных овец, продуцирующих с молоком фактор свертывания крови, необходимый для лечения людей, больных гемофилией. В последующие годы в мире созданы трансгенные мыши, кролики, овцы и козы, свиньи, коровы , в молоке которых секретируются белки человека: антитрипсин, антитромбин, белок С , сывороточный альбумин (используемый при операциях), различные моноклональные антитела, эритропоэтин, инсулиноподобный фактор роста, интерлейкины и др. Большое значение имеют опыты по созданию животных, продуцирующих молоко, максимально приближающееся по составу к материнскому молоку человека. Транс генные линии животных используются для моделирования раз личных генетических болезней человека, что имеет огромное значение для медицинской генетики. Путем введения в геном мыши генов, ответственных за конкретное заболевание человека, созданы “мышиные” модели таких генетических болезней человека, как болезнь Альцгеймера, артрит, атеросклероз, мышечная дистрофия (миодис трофия Дюшенна), образование опухолей, гипертония, сердечно-сосудистые и прионные заболевания и др. Н а основе изучения трансгенных животных разрабатываются методы генной терапии (способы лечения различных наследственных заболеваний).
12. Пищевые продукты, полученные методами генетической модификации. Продукты, которые получены при помощи генетически модифицированных организмов или в состав которых входит хоть один компонент, полученный из продуктов содержащих ГМО так же могут считаться генетически модифицированными, в зависимости от законодательства страны. Генетически модифицированные организмы получают некоторые новые свойства благодаря переносу в геном отдельных генов теоретически из любого организма (в случае трансгенеза) или из генома родственных видов (цисгенез). Генетическая модификация может давать растению и пищевому продукту, который производится из неё, целый ряд признаков. Большинство культивируемых генно-модифицированных организмов, обладают устойчивостью к возбудителям болезней (вирусов и грибов), несекомым-вредителям или к гербицидам. Это значительно облегчает культивирование, а также снижает затраты на обработку ядохимикатами. Впервые генномодифицированные продукты появились на рынке в начале 1990-х годов. В 1994 коммерциализирован генетически модифицированный томат (FlavrSavr), продукции компании Calgene с повышеной лежкостью. Генетическая трансформация в этом случае не приводила к встраиванию какого-либо гена, а касалась исключительно удаления гена полигалактуроназы при помощи антисенс-технологии. В норме продукт этого гена способствует разрушению клеточных стенок плода в процессе хранения. FlavrSavr недолго просуществовал на рынке, поскольку существуют более дешевые конвенционные сорта с такими же свойствами. Большая часть современных генномодифицированных продуктов растительного происхождения.
13. Международно-правовой режим биобезопасности.
14. Опыт правового регулирования безопасности генно-инженерной деятельности на национальном уровне.
15. Государственное регулирование биобезопасности в США, в странах Европейского Союза и в Российской Федерации.
16. Возникающие и вновь возникающие инфекции, как угроза бесконтрольного распространения эпидемий по земному шару.
17. Факторы, оказывающие влияние на изменения свойств известных возбудителей инфекционных заболеваний и появление новых.
18. ВОЗ, CDC – усилия, предпринимаемые этими организациями для создания противоэпидемической защиты, их программы.
19. Биотерроризм как угроза безопасности.
20. Защита человека и общества от биотерроризма.
21. Международное сотрудничество в борьбе с биотерроризмом.
22. Основные этапы развития биотехнологии. Выделяют несколько периодов в развитии биотехнологии. Первый (допастеровский), эмпирический период развития бт охватывает примерно 8 тысячелетий, из которых более 6 тысячелетий - до нашей эры. В этот период человеком интуитивно использовались микробиологические процессы для получения и со-хранения продуктов питания и кормов (приготовление хлеба, пива, вина, уксуса, кисломолочных продуктов, квашение овощей, приготовление силоса и др.); Научно-техническое развитие общества привело ко второму (пас-теровскому и послепастеровскому), этиологическому периоду развития бт, который длился со второй половины XIX века, включая первую треть XX века. Этот период связан с выдающимися работами французского ученого Луи Пастера (1822-1895 гг.). Пастер опроверг существующую в те времена теорию о самозарождении жизни, установил микробную природу брожений, открыл возбудителей ряда инфекционных заболеваний, создал научные основы применения вакцин для профилактики и лечения инфекционных заболеваний. В этот период большой вклад в развитие как микробиологии, так и биотехнологии внесли и другие исследователи: И.И. Мечников (фагоцитарная теория иммунитета), Р. Кох (разработка метода культивирования микроорганизмов на плотных питательных средах и получение чистых культур), Д.И. Ивановский (открытие существования вирусов) и др. Запросы практики, развитие биологических знаний определило развитие третьего этапа биотехнологии - технологического. В этот период были разработаны научные основы и технические приемы культивирования микроорганизмов; разработаны теоретические основы непрерывного культивирования микроорганизмов; созданы и внедрены в практику оборудование и аппараты для биотехнологических процессов; установлена каталитическая функция ферментов и кинетика ферментативных реакций; описан цикл трикарбоновых кислот; расшифрована структура ДНК. Четвертый (настоящий) период в развитии биотехнологии, генотехнический, определяется как период развития биотехнологии на новом уровне - на основе молекулярной биологии и молекулярной генетики. В этот период была создана рекомбинантная молекула ДНК, показана возможность направленного изменения генетического мате-риала бактерий; расшифрован генетический код; разработаны методы определения аминокислотной последовательности белков и анализа ДНК; осуществлен синтез гена инсулина и др. Бурно развиваются как фундаментальные генетические исследования, так и практические работы в области получения генноинженерных штаммов микроорганизмов и биотехнологических процессов на их основе. В 1980 г. началось производство человеческого инсулина, продуцируемого гм штаммом кишечной палочки, получены пре-параты интерферона, интерлейкина, соматотропина и др. на основе генноинженерных штаммов бактерий. Получены штаммы - супер-продуценты ряда продуктов, а также штаммы, обладающие свойствами, не характерными для природных штаммов.
23. Области применения продуктов и процессов биотехнологии. Возможностей использования биологических технологий в современном мире гораздо больше, чем в древности. Сегодня биотехнологии используются:
- в пищевой промышленности;- в получении лекарственных препаратов;
- в сохранении генофонда растений и животных с помощью высушивания и замораживания биологических объектов в жидком азоте. Важнейший раздел современной биотехнологии – изучение генофонда методами генной и клеточной инженерии.Методы биотехнологии нашли широкое применение в сельском хозяйстве. Они позволяют очищать окружающую среду от отходов различных производств, токсических веществ с использованием фильтров из корней растений, очищающих сточные воды от тяжелых металлов. Получить клонированные бактериальные гены, которые уже используются для создания трансгенных растений, устойчивых к ряду болезней, а также получение в Беларуси первых трансгенных козлят от разных конструкций по лактоферину человека и т. д.
24. Биологические объекты, используемые в биотехнологии.
25. Создание и скрининг банка генов.
26. Генная инженерия микроорганизмов.
27. Генная инженерия растений.
28. Генная инженерия животных.
29. Методология и оценка риска неблагоприятных эффектов генно-инженерных организмов
30. Картахенский протокол по биобезопасности.
31. Орхусская конвенция и Международная конвенция по охране новых сортов растений.
32. Международная стратегия борьбы с инфекционными заболеваниями.
33. Наиболее опасные виды биотерроризма.
34. Биотерроризм, как составляющая часть угрозы распространения опасных инфекционных заболеваний человека и животных.
35. Санитарно-гигиеническая характеристика «биологического фактора».
36. Санитарно-гигиеническая характеристика живых клеток микроорганизмов.
37. Санитарно-гигиеническая характеристика инактивированных клеток микроорганизмов.
38. Санитарно-гигиеническая характеристика продуктов метаболизма.
39. Характеристика облигатных и факультативных паразитов.
40. Характеристика патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.
41. Значение нормальной микрофлоры человека. Микрофлора - это набор микроорганизмов, свойственных данному (конкретному) организму. Нормальная микрофлора здорового человека играет важную роль в поддержании здоровья, обеспечивает отлаженную работу всего организма.1) большинство микроорганизмов, входящих в состав нормальной микрофлоры, выделяют кислоты, спирты, лизоцим (антибактериальное вещество). Благодаря этому тормозится развитие гнилостных бактерий в кишечнике. Кроме того, нормальные микроорганизмы препятствуют выделению токсинов патогенными (вызывающими заболевание) микроорганизмами. 2) нормальная микрофлора кишечника способствует пищеварению: расщепляет трудноперевариваемые сложные органические вещества (клетчатка, целлюлоза, пектины). С дейтельностью микроорганизмов связаны обмен липидов, разложение желчных кислот, разложение белков до конечных продуктов, процессы всасывания веществ. 3) микроорганизмы участвуют в процессах обезвреживания токсинов, поступающих с пищей. 4)нормальная микробиота способствует усилению всасывания из кишечника ионов железа и кальция, витамина Д, участвует в образовании витамина К (при недостатке - хрупкость сосудов), группы В, фолиевой, никотиновой, пантотеновой кислот (витаминные вещества) 5) Нормальная микрофлора обеспечивает образование иммуноглобулина А, поддерживая этим иммунитет. Не позволяет возбудителям проникнуть в ткани. 6) У взрослого здорового человека, по весу в толстом кишечнике (в сушеном виде) находится до 1,5 килограмм полезных микробов. Функция, которых приравнивается к функции двух органов печени и почек вместе взятых. Есть сведения, что нарушения состава микрофлоры являются одной из причин преждевременного старения организма. Т.к. токсины, выделяемые гнилостными бактериями, которые в норме уничтожаются нормальной микрофлорой кишечника, отравляют организм, вызывая различного рода нарушения.
42. Понятие вирулентности и факторы вирулентности.
43. Что такое инфекционный процесс? Понятие «инфицирующая доза».
44. Формы инфекций (от вида возбудителя, от места локализации в макроорганизме, от резервуара возбудителя).
45. Понятие иммунитета. Формы иммунитета. Механизмы формирования иммунитета.
46. Что такое антиген? Основные свойства антигена.
47. Аллергия.
48. Иммунопрофилактика. Типы вакцин.
49. Генномодифицированные микроорганизмы. Проблемы их использования.
50. Характеристика экзометаболитов микрооргаизмов.
51. Характеристика эндометаболитов микроорганизмов.
52. Антибиотики: классификация и механизм действия.
53. Промышленные ферментные препараты. Их применение и воздействие на организм.
54. Токсины и анатоксины микроорганизмов.
55. Меры безопасности при работе с биологическими объектами.
56. Порядок оценки безопасности промышленных штаммов.
57. Основы классификации штаммов микроорганизмов по степени опасности.
58. Асептические производства.
59. Способы, обеспечивающие исключение попадания посторонней микрофлоры в производственный процесс.
60. Промышленные способы стерилизации.
61. Установка непрерывной стерилизации.
62. Биологические методы очистки сточных вод.
63. Основные задачи микробиологического контроля производства.
64. Биологический аэрозоль. Биоаэрозоль — взвешенные частицы, крупные молекулы или летучие соединения, состоящие из живых организмов или их производных[1]. Могут являться как безвредными, так и аллергенными, токсичными или патогенными, а в исключительных случаях биологическим оружием или фактором экономического неблагополучия[2]. Размер частиц варьируется от долей до сотен микрометров, благодаря чему влияние гравитации на них сопоставимо или даже менее влияния сил трения среды — основная причина их длительного пребывания в воздухе. Биоаэрозоли могут представлять из себя как единичные органические частицы, так и агломераты таких частиц. Это, например, вирусы, бактерии, пыльца, споры грибов, дрожжи, почва, плесень, эндотоксины и антигены.
65. Методы определения обсемененности воздуха.