Урок "Генетично-модифіковані організми"

вчитель біології Звенигородської

ЗОШ-інтернату І-ІІІ ступенів –

спортивного ліцею

А.М. Проценко

Тема: Генетично-модифіковані організми

Мета: ознайомити учнів з поняттям «генетично-модифіковані організми»; з перевагами та можливими ризиками використання генетично-модифікованих організмів; розвивати в учнів пам’ять, увагу і мислення.

Обладнання та матеріали: підручники, таблиці, презентації.

Тип уроку: комбінований.

Хід уроку

І. Організаційний момент

   Привітання учнів, перевірка їх готовності до уроку.

ІІ. Перевірка домашнього завдання  та актуалізація опорних знань

1.          Дайте визначення таким термінам:

1.          Генна інженерія.
2.          Медико-генетичне консультування.
3.          Фенокопії.
4.          Спадкові захворювання.
5.          Клітинна інженерія.
6.          Клон.
7.          Химерні організми.

2.          Дайте відповіді на запитання:

1.          Що таке генна інженерія?
2.          Які завдання генної інженерії?
3.          Які методики генна інженерія використовує у своїх дослідженнях?
4.          Що ви знаєте про можливості діагностики спадкових хвороб?
5.          Які завдання клітинної інженерії?

III.  Мотивація навчальної діяльності учнів

Порівняння й обговорення плодів одного виду але двох різних сортів (наприклад два плоди хурми: велику красиву сорту Шарон і звичайну).

Запитання до учнів:

− Подивіться і скажіть, що я тримаю в руках?

– Чи відрізняються ці плоди між собою? (так)

– Якщо так, то скажіть, будь ласка, чим саме вони відрізняються? (розміром, формою, відтінком кольору забарвлення, можливо, смаком)

– Як ви вважаєте, а чому вони так відрізняються? ( скоріше за все вони належать до різних сортів)

– На вашу думку, чи існує вірогідність того, що один із цих сортів отриманий із застосуванням методів генної інженерії,  тобто генетично модифікований для суттєвого поліпшення його якостей? (цілком можливо)

Далі вчитель демонструє продукт, виготовлений на основі сої,вчитель зачитує склад продукту, вказаний на етикетці та розповідає учням про те, що сьогодні існує ряд сортів генетично модифікованої сої, яка широко використовується для виготовлення продуктів харчування, бо є відносно недорогою сировиною.

Запитання до учнів:

– Як часто ви звертаєте увагу на склад продуктів, які купуєте?

− Чи зустрічали ви знак „ЕКОЛОГІЧНО ЧИСТИЙ ПРОДУКТ”?

− Чи доводилося вам зустрічати на етикетці продукту попередження про те, що він виготовлений з використанням генетично модифікованих культур?

− Чи вважаєте ви, що як покупець, ви повинні бути попереджені про це?

Слово вчителя

– Що ж таке генетично модифіковані організми? Спробуємо знайти відповідь на це питання на сьогоднішньому уроці.

IV.  Вивчення нового матеріалу

1. Генетично-модифіковані організми

Слово вчителя

Генетично модифікований організм (ГМО) – це організм, генотип якого було змінено за допомогою методів генної інженерії. Генетичні зміни, як правило, здійснюються в наукових та сільськогосподарських цілях. Генетична модифікація відрізняється від природного та штучного мутагенезу саме направленою зміною генотипу. При цьому генетичний матеріал переносять з одного організму в інший, використовуючи технологію рекомбінантних ДНК . Якщо при цьому ДНК, яку переносять, походить з іншого виду, отримані організми називають трансгенними.

Основні етапи створення ГМО:

1. Отримання ізольованого гена.

2. Введення гена у ДНК-вектор.

3. Перенесення вектора з геном в організм, що модифікують (процес трансформації).

4. Експресія генів у трансформованій клітині.

5.Відбір (селекція) трансформованого біологічного матеріалу (клону) від нетрансформованого.

Отримати необхідний ген можна як з природного джерела (геному), так і з геномної бібліотеки. Він може бути отриманий і хімічним (за наявності відповідної послідовності нуклеотидів) чи ферментативним (використання механізму зворотньої транскрипції) шляхами. На сьогодні процес штучного (хімічного) синтезу генів є рутинною справою. Здійснюється такий процес за допомогою комп'ютеризованих пристроїв, що продукують різні послідовності ДНК довжиною 100—140 пар нуклеотидів (олігонуклеотиди).

Щоб вбудувати ген у вектор, використовують ферменти — рестриктази та лігази. За допомогою рестриктаз векторна ДНК розрізається в певних ділянках і вбудовується необхідний ген. Зшивається дана конструкція за допомогою лігази.

Техніка введення генів у бактерії була розроблена після того, як Фредерік Гріффіт відкрив явище бактеріальної трансформації. В основі цього явища лежить примітивний статевий процес, який у бактерій супроводжується обміном невеликими фрагментами нехромосомної ДНК, плазмідами. Плазмідні технології лягли в основу введення штучних генів в бактеріальні клітини. Для введення готового гена у спадковий апарат клітин рослин та тварин використовують процес трансфекції.

Якщо модифікації піддаються одноклітинні організми або культури клітин багатоклітинних, то на цьому етапі починається клонування, тобто відбір тих організмів та їхніх нащадків (клонів), які піддалися модифікації. Як реципієнти, в геном котрих вбудовують чужорідні гени, використовують ембріональні клітини ссавців, деяких рослин, дрозофіли, протопласти рослин, мікроспори, зародки рослин та ін. Перенесення потрібних генів у межах вектора можливо здійснити за допомогою декількох методів, таких як:

1. Мікроін'єкція. За допомогою мікроголки та маніпулятора в клітину, або безпосередньо в ядро, вводиться векторна ДНК. В основному метод використовують для модифікації дрозофіл та рослин.

2. Електропорація. Рослинні протопласти чи тваринні клітини оброблюють імпульсами електричного поля високої напруги, що збільшує проникненість мембрани на деякий час. За цей період чужорідна ДНК проникає крізь утворені пори.

3. Транспорт ДНК в складі ліпосоми. В даному випадку використовується властивість ліпосом зливатись з клітинною мембраною, або поглинатись клітиною, як у випадку ендоцитозу. В самій клітині відбувається руйнування ліпосоми та вивільнення привнесеної ДНК. Метод використовується як для трансформації тваринних клітин, так і рослинних (протопластів).

4. Бомбардування мікрочастинками (метод балістичної трансформації). Для цього використовують частинки золота чи вольфрама розміром 0,3 — 0,6 мкм. На їх поверхні закріплюється векторна ДНК. Готові частинки заряджають у «генну пушку» та здійснюють обстріл клітин під високим тиском, або під електричним розрядом. Даний метод широко використовують для трансформації однодольних чи хвойних рослин. Бомбардування використовують при генотерапії.

5. Використання бактерії Agrobacterium tumefaciens (використання природних форм переносу генів) чи здатність лентивірусів переносити гени в клітини тварин.

Це цікаво!

Свого часу імпортери помідорів мали проблеми з його перевезенням, адже овочі втрачали свій привабливий вигляд, особливо шкірка. Щоб виправити ситуацію генна інженерія запропонувала цікаве рішення — пересадити у ДНК помідорів ген... черепахи. Результатом такого “поєднання” став помідор, шкірка якого була твердіша і менше зазнавала пошкоджень. Це яскравий приклад того, для чого модифікують ті чи інші продукти — в першу чергу, щоб отримати економічний зиск. ГМО не варто плутати з селекцією. Прищепити гілку груші до яблуні чи вивести новий сорт слив — це не генна інженерія, а результат тривалої і кропіткої праці біологів.

2. Історія виникнення генетично модифікованих організмів

Розповідь учня (випереджуюче домашнє завдання)

Історія ГМО починається в 1970-ті роки, коли формувалася нова галузь науки — генетична інженерія. Перші рекомбінантні бактерії було створено у 1973; це була вже існуюча бактерія E. coli, яка експресувала ген Сальмонели. Вчені з самого початку усвідомлювали, що потрібно враховувати можливі ризики та етичні проблеми, пов'язані з використанням нової технології. У лютому 1975 року понад 100 вчених зібралися у Каліфорнії на Асиломарській конференції, де був прийнятий мораторій на дослідження в області генної інженерії, поки не будуть оцінені можливі ризики її використання. Після накладання мораторію дослідження все одно продовжувалися, але в значно менших масштабах і з жорсткішим регулюванням. У 1975 році Герберт Бойєр заснував першу компанію, яка використовувала технологію рекомбінантних ДНК — Genentech, і у 1978 компанія оголосила про створення лінії E. coli, яка виробляє людський білок інсулін.

Всі випадки використання ГМО широко обговорювалися у пресі. У 1986 році полеміка розгорнулася навколо застосування створених за допомогою генної інженерії («ice-minus» бактерій). Вихідна бактерія живе на багатьох рослинах, роблячи їх чутливими до заморозків, оскільки білок, який вона виділяє, сприяє утворенню кристалів льоду на рослинах. За допомогою генної інженерії були отримані так звані «ice-minus» бактерії, у яких видалений ген, що кодує цей білок. Мета полягала у тому, щоб розбризкуючи суспензію цих бактерій на рослини, зробити їх стійкішими до заморозків. Розгорнулася широка полеміка щодо того, наскільки небезпечним є вивільнення ГМО в навколишнє середовище, проте зрештою дозвіл було отримано. Після цього випадку правила стали більш чіткими і зменшилися обмеження на використання ГМО, призначені для комерційного використання, в США у 80ті роки почали перевірятися такими державними структурами як NIH (Національний інститут здоров'я) та FDA (Управління по контролю за якістю харчових продуктів, медикаментів та косметичних препаратів) . Після того, як була доведена безпечність їх застосування, ці лінії організмів отримали допуск на ринок.

У 1987 році були вироблені перші польові випробування генетично модифікованих сільськогосподарських рослин. Як підсумок - помідор, стійкий до вірусних інфекцій. У 1992 р. в Китаї почали вирощувати тютюн, який «не боявся» шкідливих комах. Але початок масового виробництва модифікованих продуктів в 1994 р., коли в США з'явилися помідори сорту FlavrSavr, які не псувалися під час перевезення. Це помідори з відкладеним дозріванням, які зберігаються до півроку при температурі 14-16 градусів. Дозрівання відбувається при приміщенні його в кімнатну температуру. 1994-й вважається офіційним роком народження ГМ-продуктів. У 1995 році американська компанія-гігант Monsanto запустила на ринок ГМ-сою RoundupReady. У ДНК рослини був впроваджений чужорідний ген для підвищення здатності культури протистояти бур'янам . У результаті зараз існує картопля, який містить гени земляної бактерії, що вбиває колорадського жука, стійка до засух пшениця, в яку вживили ген скорпіона, помідори з генами морської камбали, соя та полуниця з генами бактерій.

Список рослин, які вирощують із застосуванням методів генної інженерії дуже великий. У нього входять: яблуня, слива, виноград, капуста, баклажани, огірок, пшениця, соя, рис, жито і безліч інших сільськогосподарських рослин

Широко застосовуватися комерційне культивування ГМО почало в середині 1990-х. З того часу їх використання зростає з кожним роком.

3. Вплив ГМО на організм людини

Слово вчителя

Проблема генно-модифікованих організмів не перестає тривожити розум, як учених, так і простихлюдей. Це пов'язано з тим, що їхній вплив на організм людини ще мало вивчено. Компанії, що виробляють генно-модифіковані продукти досить жорстко пропонують їх до реалізації, прагнучи виправдати свої дії турботою про все людство.

Адже, на думку виробників, такі продукти здатні врятувати все населення планети від неминучого голоду, який рано чи пізно настане.

Відкриття генно-модифікованих організмів (ГМО) - це ще один крок у справі перемоги людини над природою. Адже можливість створення нових організмів з таким набором генів, який ніколи раніше не зустрічався у природі, дозволяють вченим «виробляти» нові види тварин і рослин в лабораторних умовах, тобто взяти процес еволюції фактично під свій контроль.

Величезна кількість людей на планеті щодня вживають в їжу продукти, що містять ГМО. Але до цих пір немає чіткої відповіді на питання: чи так безпечні такі продукти? Який вплив ГМО на організм людини? Або може бути дійсно не варто турбуватися з цього приводу? Обговорення цих питань триває вже більше 10 років, але чітких відповідей і єдиної думки серед вчених усього світу так і не спостерігається.

Існують як прихильники, так і противники ГМО. І кожен пропонує свої аргументи на захист власної теорії.

Захисники трансгенних організмів замовчують вплив ГМО на людей і тварин, зате проголошують ці продукти як унікальне порятунок всього людства від голоду. Адже населення планети продовжує збільшуватися, а наявні ресурси вже не здатні покрити всі зростаючі потреби людей в їжі. Отже, необхідно в кілька разів збільшити обсяги виробництва продуктів харчування, зокрема сільськогосподарської продукції.

Прихильники ГМО наводять як приклад безсумнівні переваги даних організмів: висока врожайність, підвищена морозо - і посухостійкість таких культур, здатність протистояти багатьом хворобам і шкідникам.

У свою чергу фахівці-противники ГМО наводять дані досліджень, які підтверджують негативний вплив ГМО як на людину, так і в цілому на навколишнє середовище . У численних доповідях йдеться про те відчутному шкоду, якої завдають ГМ-продукти здоров'ю людини. Зокрема можливе виникнення алергічних реакцій, пригнічення імунної системи людини. Можуть бути виявлені різні розлади обміну речовин. Відомо, що в Швеції, де трансгенні продукти заборонені до реалізації, тільки 7% населення хворіє на алергію, тоді як в США, де така їжа в широкому доступі (і навіть не має спеціального маркування) частка алергіків - 70,5%. Значна різниця, чи не так?

На підставі численних спостережень було виявлено, що споживання ГМ-продуктів негативно відбивається і на дитячому організмі. Тому, починаючи вже з 2004 року, у ряді європейських країн повністю заборонено використання ГМО в продуктах, призначених для харчування дітей до 4-х років. Не відстає від Європи і Росія. Московська міська дума на своєму засіданні підтримала федеральний законопроект, що вимагає заборони на застосування ГМО у виробництві продуктів дитячого харчування.

У результаті тривалого споживання продуктів, що містять ГМО, може розвинутися стійкість патогенної мікрофлори людини до антибіотиків , що в свою чергу призведе до виникнення труднощів при лікуванні різних захворювань, аж до неможливості їх лікування. ГМ-продукти можуть викликати надалі різні мутації в організмі людини, а також призвести до онкологічних захворювань.

Світ поділено на два табори - захисників і противників впровадження ГМ-продуктів в масове виробництво. Але всі наслідки поширення ГМО не може передбачити ніхто . Тому дуже радує нинішня ситуація, коли вчені, звичайні споживачі, громадські організації ретельніше стежать за тим, які продукти харчування пропонують нам виробники. І особлива увага приділяється генетичної чистоті продуктів. Наприклад, в магазинах Європи для товарів, що містять ГМО, виділяють окремі полки, в пресі публікують списки компаній, що використовують у виробництві ГМ-інгредієнти. У нашій країні люди теж мають право знати, що вони споживають. Тому повільно, але вірно такі заходи вживаються і у нас.

Незважаючи на вищевказані факти, необхідно розуміти, що тривалих досліджень з визначення безпеки споживання генетично-модифікованих продуктів на організм людини не проводилися. Адже з моменту відкриття ГМО пройшло трохи більше 20-ти років. Цього терміну недостатньо, щоб сформулювати остаточні висновки. Тому не можна з точністю стверджувати про будь-який негативний вплив ГМО на організм людини. Так само як не можна і сказати про те, що такі продукти благотворно позначаються на нашому здоров'ї.

Хоч вплив ГМО і мало вивчений, але споживачі неодмінно повинні знати, містяться чи ні трансгени в їх улюблених кукурудзі,  йогурті або тістечку. А купувати чи ні такий продукт, кожен вирішує для себе сам.

Запитання до учнів:

− Як ви вважаєте яка країна є лідером по вирощуванню ГМ-культур?

Очікувані відповіді:

США є лідером у галузі вирощування ГМ рослин.

V. Узагальнення та систематизація знань

1. Інтелектуальна гра «Швидка допомога»

Учням пропонується швидко поставити вчителю запитання з тих частин теми, які були незрозумілими або не зовсім зрозумілими.

2. «Так – ні»

Учитель зачитує твердження, а учні погоджуються, або не погоджуються з ним.

1. Генетично модифікований організм (ГМО) – це організм, генотип якого було змінено за допомогою методів генної інженерії.

2. Якщо при переносі генетичного матеріалу  з одного організму в інший ДНК, яку переносять, походить з іншого виду, то отримані організми називають рекомбінантними.

3. Першим етапом створення ГМО є введення гена у ДНК-вектор.

4. Отримати необхідний ген можна як з природного джерела (геному), так і з геномної бібліотеки.

5. Техніка введення генів у бактерії була розроблена до того, як Фредерік Гріффіт відкрив явище бактеріальної трансформації.

6. Як реципієнти, в геном котрих вбудовують чужорідні гени, використовують ембріональні клітини ссавців, деяких рослин, дрозофіли, протопласти рослин, мікроспори, зародки рослин та ін.

7. Історія ГМО починається в 1920-ті роки, коли формувалася нова галузь науки — генетична інженерія.

8. Широко застосовуватися комерційне культивування ГМО почало в середині 1990-х.

9. Відкриття генно-модифікованих організмів (ГМО) - це ще один крок у справі перемоги природи над людиною.

10. США є лідером у галузі вирощування ГМ рослин.

Відповіді:

VI. Підбиття підсумків уроку

Складання Т-схеми до уроку

VII. Домашнє завдання

Підготуватися до контрольної роботи з теми «Біологія як основа біотехнології та медицини».