Урок "Біотехнологія" для 9 класу

НВК «ЗНЗ І-ІІІ ст. №12-ДНЗ Олександрійської міської ради

Кіровоградської області»

 

 

 

 

 

 

Методична розробка уроку з теми:

"Біотехнологія."

 

(11 КЛАС)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Автор:

 

Богачова Ірина Вікторівна,

вчитель біології та хімії

 

 

 

Тема:  основні напрямки сучасної біотехнології

 

Мета: охарактеризувати можливості сучасної біотехнології, її основні методи; збагатити знання про проблему використання генетично-модифікованих організмів; розвивати вміння висловлювати свою думку; формувати власну позицію щодо клонування людських клітин, використання генетично-модифікованих організмів; виховувати інтереси до наукових знань

 

Тип уроку:  конференція

 

Обладнання: комп’ютер , схеми, малюнки, запис на дошці

 

Мікроорганізм – це гидке каченя перших років епідеміології,  завдяки успіхам науки і техніки, досягненням людського генію перетворилось у чудового лебедя генетичної інженерії, сучасної біотехнології та індустрії живих клітин.

Б.Я. Нейман

 

ХІД УРОКУ

 

І. Організаційний етап.

 

Привітання. Налаштування на роботу. Побажання плідної праці.

 

ІІ. Мотивація навчальної діяльності.

 

 Біотехнологія – сукупність промислових методів, які використовують живі організми та біологічні процеси з метою виробництва різних речовин для медицини та народного господарства. З’являються генетично модифіковані організми, клоновані організми. Так все ж таки біотехнологія – це користь чи шкода? Це порятунок людства від голоду чи глобальна небезпека? Ці та інші питання ми будемо обговорювати на сьогоднішній конференції.

 

ІІІ. Повідомлення теми, основних завдань конференції.

 

 Сьогодні у нас у гостях представники різних напрямків розвитку біотехнології, представники різних професій. Ми вислухаємо їх повідомлення, їх думки, зробимо відповідні висновки щодо користі та шкоди біотехнології, та проблеми використання ГМО.

ІV. План конференції.  

1. Біотехнологія як наука. Основні напрямки досліджень. (Виступ вченого генетика).

Біотехнологія (Bιoτεχnoλoγία, від грец. bios – життя, techne – мистецтво, майстерність і logos – слово, навчання) – використання живих організмів і біологічних процесів у виробництві. Біотехнологія – міждисциплінарна галузь, що виникла на стику біологічних, хімічних і технічних наук. З розвитком біотехнології пов’язують вирішення глобальних проблем людства – ліквідацію недостачі продовольства, енергії, мінеральних ресурсів, поліпшення стану охорони здоров’я і якості навколишнього середовища.

Основні напрямки досліджень:

• Розроблення наукових основ створення нових біотехнологій за допомогою методів молекулярної біології, генетичної та клітинної інженерії.
• Одержання й використання біомаси мікроорганізмів і продуктів мікробіологічного синтезу.
• Вивчення фізико-хімічних та біохімічних основ біотехнологічних процесів.
• Використання вірусів для створення нових біотехнологій.
• Вивчення закономірностей росту та розвитку клітин.
• Розроблення наукових основ створення біосенсорних систем.

Біотехнологія – це комплекс фундаментальних і прикладних наук, технічних засобів, спрямованих на одержання і використання клітин мікроорганізмів, тварин і рослин, а також продуктів їх життєдіяльності: ферментів, амінокислот, вітамінів, антибіотиків та ін..

Біотехнологія, яка включає промислову мікробіологію, базується на використанні знань і методів біохімії, мікробіології, генетики і хімічної технології, що дає змогу діставати користь у технологічних процесах із властивостей мікроорганізмів та клітинних культур. Що стосується більш сучасних  біотехнологічних процесів, то вони базуються на методах рекомбінантних ДНК, а також на використанні іммобілізованих ферментів, клітин і клітинних органел.

2. Розвиток промислової мікробіології. (Виступ інженера-мікробіолога).

Біотехнологія застосовується навколо нас у багатьох предметах щоденного вжитку – від одягу, який ми носимо, до сиру, який ми споживаємо. Протягом століть фермери, пекарі та пивовари використовували традиційні технології для зміни та модифікації рослин та продуктів харчування – пшениця може слугувати давнім прикладом, а нектарин – одним з останніх прикладів цього. Сьогодні біотехнологія використовує сучасні наукові методи, які дозволяють покращити чи модифікувати рослини, тварини, мікроорганізми з більшою точністю та передбачуваністю.

Споживачі повинні мати можливість вибору з якомога ширшого переліку безпечних продуктів. Біотехнологія може надати споживачам можливість такого вибору – не лише в сільському господарстві, але також в медицині та паливних ресурсах.

 Величезний потенціал біотехнологія має і в боротьбі з голодом. Розвиток біотехнологій пропонує значні потенційні переваги для країн, що розвиваються, де понад мільярд жителів в бідності та страждають від хронічного  голоду. Через зростання врожайності та виведення культур, стійких до хвороб та посухи, біотехнологія може зменшити брак їжі для населення планети, яке станом на 2025 рік складатиме понад 8 мільярдів чоловік, що на 30% більше ніж сьогодні. Вчені створюють сільськогосподарські культури з новими властивостями, які допомагають їм виживати у несприятливих умовах посух та повеней.

 Біотехнологія допомагає боротися з хворобами. Розвиваючи та покращуючи медицину, вона дає нові інструменти у боротьбі з ними. Саме біотехнологія дала нам медичні методи лікування кардіологічних хвороб: склерозу, гемофілії, гепатиту та СНІДу. Сьогодні створюються біотехнологічні продукти харчування, які зроблять дешевими та доступними для найбіднішої частини населення планети життєво необхідні вітаміни та вакцини.

3. Особливості генної інженерії. ГМО. (Виступ генетика-селекціонера).

Генна інженерія ґрунтується на молекулярній біотехнології, яка дає можливість вносити зміни в молекулярну взаємодію біологічних молекул у клітині й поза нею. Біологи опановують методи, які дають можливість маніпулювати біологічними молекулами, досліджувати і змінювати їх структуру. За рахунок змін в основі біологічних молекул, ДНК, є можливість створювати варіанти живих організмів, систем, які не виникають в результаті природної еволюції.

Технології одержання рекомбінованих молекул ДНК і клонування (розмноження) генів передують методи, за допомогою яких молекули ДНК розщеплюють на фрагменти, модифікують, реконструюють в одне ціле. При цьому мають багато копій цієї молекули. Потім, використовуючи цю рекомбінативну молекулу, можна синтезувати молекули РНК і одержувати білок з певними якостями і властивостями.

Чіткої різниці між молекулярною біологією і генною інженерією немає, оскільки біотехнологія використовує методи, розроблені молекулярною біологією.

Велика роль генної інженерії в розробці ГМО, поширення якого зараз відбувається надзвичайно стрімко. На частку США припадає 63% вирощування «нових рослин», Аргентину – 21%, Канаду – 6%, Бразилію і Китай – по 4%, ПАР – 1%.

Метод створення генетично модифікованих організмів достатньо простий для сучасних технологій: у ДНК експериментального організму вбудовують чужорідний генетичний матеріал, наприклад, у генотип рослини вбудовують генетичний матеріал стійкості до антибіотиків. Унаслідок чого отримують рослину із заздалегідь заданими властивостями,  потрібними для людини.

Ми стоїмо біля краю неосяжного моря. Тисячі різних речовин – генів – розчинені в ньому. Нечутно щохвилини відбуваються мутації, даючи нам нові якості або отруюючи нас. Поволі розповсюджуються дифузійними процесами ці гени, захоплюючи нові й нові зони. Ім’я цього безмежного моря – генофонд.

Процес одержання ГМО має кілька основних стадій (етапів):

• Виділення та ідентифікація окремих генів (фрагментів ДНК чи РНК), які необхідно перенести іншим організмом.
• Клонування гена, що переноситься.
• Перенесення гена всередину клітини і розмноження його в ДНК організму – реципієнта, виявлення транс генних клітин.

4. Як давно з’явилися ГМО? (Виступ селекціонера-генетика).

ГМО з’явилися порівняно недавно. Першою була створена транс генна картопля, тому що довгі роки люди безуспішно боролися зі смугастим шкідником. Учені дослідили, що окремі ґрунтові бактерії продукують  білок токсичний для колорадського жука, але нешкідливий для людини. Перші випробування насіннєвої генетично модифікованої картоплі в Україні розпочалися в 1997 році. З Канади – з острова Принца Едварда, було завезено 37,8 тонни транс генної картоплі, яку почали висаджувати на експериментальних полях у Волинській, Рівненській, Черкаській і Київській областях. А в наступному 1998 році з тієї ж Канади завезли і висадили ще 367 тонн насінної картоплі Новий  лист. Хоча польові випробування начебто проводилися під контролем Комітету з тестування й охорони видів рослин, тільки при станції розведення могли забезпечити підтримання буферних зон, що запобігають пере опиленню випробувального сорту картоплі з іншими сортами й стримують «дослідницький інтерес» місцевого населення. У кінці 1999 року дві компанії – американська і канадська – заявили про свій намір розгорнути в Україні виробництво насіння транс генної картоплі. Перша фаза  проекту, яка передбачала ввезення і польові випробування картоплі, уже обійшлася в 1 млн. доларів, і єдиною перешкодою на шляху до «створення потужної картопляної індустрії в Україні» була реєстрація цієї картоплі.

5. Перспектива використання ГМО. (Виступ спеціаліста з інституту харчування).

Перспектива використання ГМО – багато повноцінних продуктів. Уперше генетично модифіковані продукти з’явилися в супермаркетах США в 1994 році.

І сьогодні в Америці майже чи не все населення поглинає продукцію «Макдональдса», у ресторанах якого всі складові більшості страв – генетично модифіковані. Модифіковані борошно та дріжджі – у булочці, трансгенна соя – у біфштексі, генно-інженерний сир, кетчуп, майонез та особливі томати сповільненого дозрівання. Метод генних модифікацій ГМ дозволяє одержати рослини з потрібними властивостями, підвищується врожайність і якість сільськогосподарської продукції. Трансгенна продукція поліпшує загальні показники та поживну цінність продуктів. За підрахунками вчених, протягом наступних 50 років населення планети зросте настільки, що їжі знадобиться вдвічі більше, ніж за всю попередню історію людства. А де людство візьме стільки їжі? Тож продовольчу проблему зможуть розв’язати генетично модифіковані продукти.

6. Яка законодавча база використання ГМО в Україні? (Виступ юриста).

У нашій країні на сьогодні діє два закони – про захист прав споживачів і безпечність продуктів харчування, які мають відповідні розділи з вимогами щодо маркування. У них, зокрема, записано, що харчові продукти, які у своєму складі містять ГМО, повинні маркуватися. Але й до цього часу не прийнято жодного підзаконного акта, в якому б регламентувався мінімальний уміст ГМО у продукті, за якого цей продукт необхідно маркувати. Кожна держава приймає своє законодавство, і в багатьох країнах цей мінімальний рівень забруднення різний. Наприклад, у Росії, як і в Євросоюзі, - 0,9 %. А є країни з 1,2 – 3 %. Існує ще одна проблема – як маркувати. У Європі, наприклад, робітник зобов’язаний нижче повідомлення про склад продуктів таким самим шрифтом написати – соєвий білок, виготовлений із генетично модифікованої сої, або ж чіпси, виготовлені з генетично модифікованої картоплі. Через ці дві проблеми сьогодні не можна висунути виробникам юридично обґрунтовані претензії про невиконання законів, що вимагають маркування. Не регламентується й питання, хто повинен перевіряти вміст ГМО у продуктах, через те що немає необхідних підзаконних актів, а самі виробники не мають можливості навіть дізнатися, чи є сировина, яку вони закупляють, транс генною чи ні. В Америці маркування продуктів із ГМО не обов’язкове. Країни ж Африки останні п’ять років не допускають на свою територію ввезення  продуктів із ГМ- компонентами.

7. Як впливають ГМО на здоров’я людей? (Виступ лікаря).

Спрогнозувати, як вплине споживання генетично змінених продуктів на здоров’я майбутніх поколінь, ніхто не може – для достовірних висновків потрібно проводити спостереження як мінімум за трьома поколіннями «піддослідних їдоків». Але, як зазначають науковці, штучні організми можуть викликати такі хвороби, як алергія, порушення обміну речовин, поява стійкої мікрофлори людини до антибіотиків. Можливо, саме через уживання ГМ-продуктів у США, де відсоток ГМО найбільший у світі, велика кількість громадян хворіє на ожиріння, рак і різні алергії. В Україні теж зростає захворюваність на ці хвороби, але дослідження на зв'язок цих хвороб з використанням змінених продуктів не проводилися.

8. Як може проявлятись шкідливість ГМО. (Виступ вченого біолога).

Вплив ГМ-продуктів часто проявляється тільки в другому-третьому поколіннях: змінюються структури внутрішніх органів, імунна система, генетичний код. Наприклад, після вживання транс генних продуктів у людей може розвиватися алергічна реакція від впливу мутагенних білків. Сонечки, які споживають тлю, що виросла на генно-модифікованій картоплі, ставали безплідними. А в пацюків, яких дев’ять місяців годували транс генною картоплею, відбулися порушення імунної системи, з’явилися аномалії в шлунково-кишковому тракті, печінці та головному мозку. 

9. Особливості клітинної інженерії. (Виступ генетика-інженера).
10. Клонування (Виступ генетика).

Людство переступило поріг ХХІ століття і перед нами невідоме майбутнє, зумовлене якщо не загадками у науковій сфері, то щораз більшим зростом потенціалу людини. Біда у тому, що у сучасної людини еволюціонує думка всевладності у будь-якій царині. Пригадую, що з першим польотом Ю.Гагаріна у 1961 році на ракетному агрегаті, науковці-атеїсти у СРСР хвалились, що вони розпечатали «божі чертоги» і таким чином позитивні науки створять «рай на землі», відкривши усі таємниці людині. Та не так то сталося.

Якогось подібного резонансу у світі набирає новочасна проблема клонування. Вирощена таким способом овечка Доллі набирає популярності у людей, наче б якась поп-зірка. Широкого гулу набирають досягнення Сеульського університету, котрі у липні 1998 року створили методом клонування 50 мишей. У чому полягає спосіб клонування, і чому стільки людей б’ють у сполох і всіма силами протистоять широкому масштабові клонування?

У природі є два способи розмноження: безстатевий та статевий. Агрономи добре знають, що прищеплюючи бажані сорти плодів на прищепу отримають гарний сорт яблук, груш або інших культур. Ось це й клонування. Створення подібного роду дослідів у тваринному світі було донедавна для людини incognito, але ось у 60-х роках ХХ століття один з дослідників спробував взяти ядро з клітини кишківника дорослої жаби і помістити його в запліднену ікринку, вилучивши з неї її вроджене. Сенсаційно було побачити вирощену живу жабку, за своїми спадковими ознаками аналогічну до тієї, з кишківника якої було взяте ядро. Ось і з цього все і почалось.

Доведено, що таким способом можна створювати не тільки тварин, а органи людини, та й саму людину. Люди у нашому часі не проти клонувати навіть самого Ісуса Христа. Та все-таки цей винахід, що кілька десятків років тому штовхав учених до початку масового тиражування живих організмів, сьогодні змушує адекватно та обдумано підійти до цієї проблеми. І не  даремно. Адже хіба не попереджував Енштейн уряд США про небажаність застосування атомної бомби і всі небезпеки, породжені з розщепленням ядра? Чому тоді й досі не забуваємо трагедію в Хіросімі чи Чорнобилі? Чи даремні були побоювання радянського академіка А. Сахарова про завчасні викрики радості під час створення водневої бомби? Людина творить, а потім роздумує над тим, що вона зробила. Побачити гордому вченому недопрацьовані сторони  чи передбачити можливості негативного застосування його винаходу – рівнозначне пониженню його особової гідності. Та повернемось до клонування. Церква не даремно засуджує усі спроби клонування людини, бо гласить про розючу відмінність її від тварин. Крім того, що людина-клон матиме чималі проблеми з імунною системою і буде постійним відвідувачем лікаря, це буде зовсім іншою особою і від тієї людини, котра мала б дозріти з яйцеклітини, і від тієї, з котрої взято ядро, хоч ззовні виглядатиме близнятком із нею. Подумаймо,  як почуватиметься вона, коли зрозуміє, що на її місці мав бути хтось інший, а існує вона завдяки витісненню та вбивства іншої особи?

Клонування торкається не тільки медико-біологічних експериментів, але й області людської душі та моральних норм. Та це лише кілька прогнозів такого заходу. Увесь інший «букет» проблем постане перед нами після вирощення людини-клона, а це буде незабаром, бо ланцюгова реакція почалась зі схвалення парламенту Великобританії про дозвіл клонування людських ембріонів, так і стартом приватної корпорації у США Clon-Aid, котра почала перше клонування людини.

11. Клонування зникаючих тварин. (Виступ еколога).

Повідомлення про клонування все нових і нових представників тваринного світу здивувати як учених, так і обивателів уже досить важко. Проте повідомлення про вдале завершення робіт із клонування буйвола все-таки зацікавило наукову громадськість. Адже в даному випадку йшлося про імплантацію звичайнісінькій корові заморожених клітин загиблого зоопарку горбатого бізона, одного з останніх представників виду дикої фауни бамбукових джунглів в Індії та Бірми. Щоправда, не зовсім звичайним був сам зоопарк.

У центрі відтворення рідкісних і зникаючих видів тварин, що міститься в Сан-Дієго, давно вже готуються до експериментів з клонування не тільки вимираючих, а навіть і вимерлих тварин. Зокрема, у розпалі підготовка до клонування іспанського гірського цапа, останній відомий науці представник яких загинув у цьому ж зоопарку рік тому під зваленим буреломом деревом. Його заморожені клітини імплантуватимуться звичайній альпійській козі. Роберт Ланці, віце-президент массачусетської фірми Advanced Cell Technology, яка й здійснює всі ці експерименти, уже всерйоз замислюється над клонуванням мамонта, залишки якого виявлені торік у Сибіру в крижаній брилі, вік якої сягає 20 тисяч років. У цьому випадку на роль сурогатної матері шукають слониху.

Хоча Ноа (а саме так називали клонованого бідончика) прожив лише два дні й помер від звичайної бактеріальної інфекції, експеримент усе ж визнаний вдалим, оскільки під час його проведення була підтверджені принципова можливість використання як суго ратних матерів самок інших видів. З іншого боку, цей черговий успіх лабораторної науки наближає до людства загрозу.

 

 

 

 

 

 

 

 

V. Обговорення питань конференції.

 Після кожного виступу на дошці будуємо схему.

БІОТЕХНОЛОГІЯ

 

 

Промислова   Генна   Клітинна

мікробіологія   інженерія   інженерія

 

 

ліки    транс генні культури  клонування

хліб     ГМО  

кисломолочні продукти

пивоваріння та виноробство

сільське господарство

 

 Визначаємо позитивні та негативні сторони.

 

VІ. Перегляд фільму «Біотехнологія».

 

VІІ. Складання висновків конференції.

 

1. Біотехнологія – необхідний і важливий напрям в житті людини.
2. Можна виділити як позитивні так і негативні сторони галузей біотехнології.
3. Спрогнозувати вплив ГМО на майбутні покоління ніхто не може.
4. Потрібно більш відповідальне ставлення  до маркування транс генних продуктів.
5. Клонувати клітини різних тканин людини для трансплантації та лікування.

 

VІІІ. Підсумки уроку.

Домашнє завдання: опрацювати § підручника.  Скласти кросворд.