Тема биотехнологий на ЕГЭ часто пугает. Ошибки здесь обычно возникают из-за путаницы между методами генной и клеточной инженерии. В этой статье разберём, как люди используют природные механизмы бактерий, животных и растений в промышленных масштабах для создания антибиотиков, гормонов и новых сортов. После прочтения ты будешь понимать логику сложных биотехнологических процессов и сможешь уверенно решать экзаменационные задачи.
Три основных направления биотехнологии
Классическая биотехнология базируется на трёх крупных блоках. Чтобы не терять баллы на экзамене, нужно чётко понимать разницу между ними и знать основные процессы каждого направления.
Классическая микробиологическая промышленность
Это направление использует целые клетки микроорганизмов для получения веществ в огромных биореакторах. Работать с микроорганизмами невероятно выгодно: бактерии и одноклеточные грибы обладают высокой скоростью размножения, их просто выращивать на дешёвых питательных средах, а малый геном позволяет легко менять свойства штаммов.
Объекты микробиологической промышленности:
- бактерии;
- грибы (различные дрожжи и плесень);
- микроскопические одноклеточные водоросли.
С помощью этого метода получают кормовой белок для животных, ценные антибиотики (например, пенициллин), витамины, важные аминокислоты. Также сюда относится получение ферментов для стиральных порошков и пищевых добавок. В пищевой промышленности базовые процессы — это спиртовое и молочнокислое брожение.
Генная инженерия: работа на молекулярном уровне
Суть метода — в целенаправленном переносе генетической информации — отдельных генов — из одного живого организма в другой. В результате таких манипуляций получаются трансгенные организмы, которые часто называют ГМО.
Генная инженерия подразумевает манипуляции с молекулами нуклеиновых кислот (ДНК и РНК).
Для работы с ДНК учёные используют специальные инструменты:
- Рестриктазы — молекулярные ножницы, эти ферменты разрезают участки ДНК в строго определённых местах.
- Лигазы работают как молекулярный клей, сшивают разрозненные фрагменты ДНК вместе.
- Вектор — молекулой-переносчиком. Чаще всего в роли вектора используется плазмида (небольшая кольцевая ДНК бактерии) или вирус. Вектор доставляет целевой ген внутрь клетки.
Классический пример для заданий второй части ЕГЭ касается получения человеческого гормона инсулина с помощью обыкновенной кишечной палочки.
Алгоритм получения выглядит так:
- Из клетки человека выделяют ген, кодирующий инсулин.
- С помощью ферментов рестриктаз вырезают нужный ген и разрезают бактериальную плазмиду.
- Ферменты лигазы сшивают человеческий ген с плазмидой, благодаря чему получается рекомбинантная плазмида.
- Плазмиду внедряют внутрь бактериальной клетки.
- Бактерии культивируют в питательной среде, где они активно размножаются и синтезируют человеческий инсулин. Извлечённый гормон очищают и фасуют.
Клеточная инженерия: создание гибридов и клонов
В отличие от генных манипуляций, здесь биологи работают с целыми фрагментами: клетками, клеточными ядрами или участками тканей.
Метод культуры тканей применяется для массового размножения растений. Учёные берут одну или несколько соматических (неполовых) растительных клеток и выращивают их в пробирке на искусственной питательной среде с гормонами. Эта технология базируется на тотипотентности — уникальной способности любой растительной клетки делиться и давать начало полноценному целому организму. Метод позволяет быстро размножать редкие виды и получать абсолютно безвирусный посадочный материал.
Также нужно знать механизм клонирования животных (история овечки Долли). Учёные берут яйцеклетку донора и удаляют из неё генетический материал (родное ядро). В эту пустую яйцеклетку помещают диплоидное ядро соматической клетки другого животного — того, кого хотят клонировать. Полученную зиготу стимулируют к делению и подсаживают в матку суррогатной матери для вынашивания. Рождённый детёныш будет абсолютной генетической копией животного, давшего соматическое ядро.
Разбор экзаменационных заданий
Разберём типовые задачи, чтобы закрепить алгоритмы и не ошибаться на экзамене.
Задание 1
Рассмотрите таблицу «Биология как наука» и заполните пустую ячейку, вписав соответствующий термин.
| Раздел биологии | Объект изучения |
|---|---|
| Анатомия | Строение организма в целом, систем органов, органов |
| ? | Использование организмов в производстве продуктов питания и лекарств средств |
Решение
В условии описана наука, которая занимается промышленным применением живых организмов для получения практической пользы. Как мы выяснили в теоретической части, производство с участием живых систем относится к биотехнологии.
Ответ: биотехнология.
Задание 2
Установите последовательность этапов биотехнологии получения инсулина. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1. Выделение из бактерии плазмиды.
2. Культивирование исходного штамма кишечной палочки на питательной среде.
3. Отбор бактериальных клеток с рекомбинантными плазмидами и их культивация.
4. Встраивание гена инсулина в плазмиду.
5. Экстракция и очистка инсулина.
Пояснение.
Последовательность этапов биотехнологии получения инсулина: 2) культивирование исходного штамма кишечной палочки на питательной среде → 1) выделение из бактерии плазмиды → 4) встраивание гена инсулина в плазмиду → 3) отбор бактериальных клеток с рекомбинантными плазмидами и их культивация → 5) экстракция и очистка инсулина.
Ответ: 21435.
Практика
Попробуй решить эти задания самостоятельно, чтобы проверить свои знания. В конце статьи тебя ждут правильные ответы и разборы.
Задание 1
Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.
Какие из приведённых примеров относят к методам генной инженерии?
1. Пересадка ядра из соматической клетки в половую.
2. Перенос гена флуоресценции из медузы в плодовую мушку.
3. Увеличение количества копий гена синтеза жирных кислот в рапсе.
4. Получение потомства от родителей разных видов.
5. Кратное увеличение числа хромосом в клетке.
6. Создание штамма кишечной палочки, производящего инсулин человека.
Вариант 1 иллюстрирует клеточную инженерию (пересадка ядер — это клонирование). Варианты 4 и 5 описывают традиционную селекцию (отдалённая гибридизация и искусственная полиплоидия). Оставшиеся три описывают прямые манипуляции с ДНК, что относится к генной инженерии.
Ответ: 236.
Задание 2
Установите последовательность действий учёных при микроклональном размножении растений. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.
1. Высаживание изолированных клеток на чашку Петри с питательной средой.
2. Получение проростков нового растения в теплице.
3. Получение исходных клеток скрытой апикальной меристемы.
4. Обработка чашки Петри фитогормонами для дифференциации.
5. Получение образовавшейся недифференцированной массы клеток (каллуса).
Сначала берётся меристема (образовательная ткань), её помещают в питательную среду. Ткань разрастается в бесформенный каллус, который с помощью гормонов заставляют дифференцироваться в побеги и корни, после чего готовый проросток высаживают в грунт.
Ответ: 31542.
Заключение
Теперь ты понимаешь базовую разницу между основными направлениями биотехнологии и принципы их работы на клеточном и молекулярном уровнях. Умение различать эти процессы позволит быстро и без ошибок анализировать любые сложные схемы в заданиях ЕГЭ.
Просто помни главные маркеры:
- Если в условии переносят гены, синтезируют фрагменты или склеивают ДНК — это генная инженерия.
- Если из одной клетки выращивают целое растение, сливают две ткани или переносят ядра для клонирования — это клеточная инженерия.
Чтобы довести навыки до автоматизма и закрепить материал, советуем порешать задания линий 7, 8 и 22 в «100балльном банке» — там собраны все актуальные экзаменационные прототипы.
