Rakendus bioloogia (0)

Rakendusbioloogia
Koostaja: Jalmar Aru
AT-07
Mis on fundamentaal- ja rakendusteadus?
Kõiki loodusteadusi saab vaadelda kahest
küljest. Kui uuritakse objektide või nähtuste
olemust, nendega seotud seaduspärasusi, siis
on tegemist fundamentaalteaduseda (e.
põhiteadusega).
Teiselt poolt on inimesed ammustest aegadest
püüdnud avastatud loodusnähtusi praktilisel
otstarbel kasutada. Nende püüdluste baasil on
kujunenud rekandusteadused. Need on
teadused, mis tegelevad loodusteaduslike
teeadmiste praktilise rakendamise printiipide
ja meetodite otsimise ja arendamisega
põllumajanduse, meditsiini, tööstuse,
energeetika, transpordi, olme jm. tarbeks.
Rakendusbioloogia (tänapäevases mõistes)
seisneb bioloogia haruteaduste poolt avastatu
praktilise kasutamise võimaluste ja lahenduste
uurimises ning teostamises.
Rakendusbioloogia otsingud ja saavutused on
aidanud edendada toiduainete tootmist ja
mitmekesistamist, arendada haiguste
diagnoosimeetodeid, luua uusi ravimeid,
täiustada raviprotseduure jpm. Kuid nagu
füüsika ja keemia saavutusi on sageli
rakendatud loodust ja inimkonda kahjustaval
viisil, nii on seda teinud ka rakendusbioloogia,
kas või näiteks bioloogilise relva
väljatöötamisel. Peale selle tekitavad mitmed
bioloogilised rakendused eetilisi probleeme -
kõlbeline või mitte, lubatav või mitte.
Soti rakendusbioloogide eesmärgiks oli leida
edukas kloonimismeetod, mis võimaldaks luua
õnnestunud geenisiirdamisega saadud
transgeensete loomade geneetilisi koopiaid
(kloone). Ja tõepoolest, juba samal, 1997. a.
kloonisid nad transgeense lamba, kelle piimas
sisaldus üks inimese verehüübimisfaktor.
Teade kloonlamba Dolly sündimisest tekitas
avalikkuses üleilmset sensatsiooni. See oli
tingitud võimalusest kloonida juba
eksisteerivaid või varem elanud loom- ja
inimindiviide, s.t. saada nende geneetilisi
koopiaid.
Oluline on lisada, et kuigi kloonisendid on
genotüübilt identsed, ei pruugi nad seda olla
fenotüübilt. Osa tunnuseid võivad modifitseerida
mitmesuguseid keskkonnatingimused
Teade täiskasvanud imetaja kloonimisest tekitas
sensatsiooni eelkõige kujuteldava võimaluse
tõttu kloonida heas või halvas mõttes kuulsaid
inimesi, elavaid või varem elanud. Tihti
unustatakse seejuures, et kloonida saab
indiviide, kellest on olemas elusaid rakke.
Reproduktiivne kloonimine tähendab indiviidi
vegetatiivset paljundamist. Sellele on rohkesti
eetilisi vastuargumente, millest enamik on
religioosselt emotsionaalsed või teadmatusest
tingitud ning järelikult pareeritavad. Tõsisem
eetiline vastunäidustus põhineb teaduslikel
argumentidel.
Terapeutilise kloonimise idee tekkis pärast
seda, kui avastati, et embrüonaalseid tüvirakke
saab kasutada rakuteraapias. Sel juhul
tekitatakse kloonembrüo, mida kultiveeritakse
5-6 päeva (blastotsüsti staadiumini) ja seejärel
lõhutakse - eraldatakse tüvirakud.
Selgroogsete tüvirakud on diferentseerumata või
vähediferentseerunud rakud.
Rakuteraapia ­ tüvirakke kasutatakse
kahjustunud kudede taastamisel.
Parimad on sügoodi esimestel jagunemistel
tekkinud rakud ­ totipotentsed.
Embrüoplasti rakud võivad ainete toimel areneda
igaks koeks.
Nabaväädi tüvirakud saavad ka erinevateks
kudedeks. (säilitatakse sügavkülmas)
Täiskasvanu tüvirakud:
Ammu on tuntud vereloometüvirakud.
Viimased uurimused näitavad, et kõikides
kudedes on omad tüvirakud, ka närvikoes.
Mida aktiivsem inimene, seda enam neuronid
paljunevad!
Pealegi saab juba ükskõik millise keharaku
suunata teatud ainetega arenema ükskõik mis
suunas.
Sea rakkudega saab ka inimesi ravida!
geenitehnoloogia
on biotehnoloogia haru, kus eesmärgi saavutamiseks
viiakse geene (geeni osi) ühest organismist teise või
muudetakse muul viisil geene saadakse GMO.
Organisme, kellele on viidud võõraid geene, nim.
transgeenseteks.
Esimene transgeenne bakter tehti 1973.a.
Nokautorganism ­ organism, kellel teatud geen on maha
surutud.
Geenide ülekandmine on võimalik
restriktaaside abil.
Restriktaasid on ensüümid, mida toodavad
bakterid enesekaitseks ­ need lõikavad DNA
lõikudeks, aga nii, et tekivad üheahelalised
otsad ­ "kleepuvad otsad".
Selliste otstega DNA juppe on komplemen-
taarsuse tõttu võimalik mugavalt liita.
Erinevate DNA-de liitmisel saame
rekombinantse DNA.
Miks bakterirakus ei hakka inimese
geen kohe tööle?
Meie ja teiste loomade, seente ja taimede geenis on
intronid ja eksonid.
Pärast transkriptsiooni lõigatakse intronid välja ja ainult
kokkuliidetud eksonid moodustavad mRNA , mille
alusel sünteesitakse valk.
Kui tahame bakterisse geeni viia, siis peame selle
mRNA alusel tegema DNA - õnneks on avastatud
pöördtranskriptaas, mis selle töö ära teeb.
Nüüd teeb bakter sama valku, mis see geen inimese
rakuski teeb.
Rakendusbioloogia kasutusalad:
Pesuvahendites
Ensüümid saadakse bakteritest ja seentest.
Intelligentsed pesupulbrid lagundavad
lipiide, valke, polüsahhariide jne.
Tööstuses
Bioplast ­ laguneb looduses kiiremini.
Biogaas ­ prügimägede lagundamine bakterite abil
Bakterid lagundavad prügimäed alkoholiks.
B. toodavad ämblikuniiti ­ ülitugev materjal
Bakterid toodavad puuvilla.
Bakterid puhastavad maaki.
Bakterid puhastavad reovett (aktiivmuda).
Funktsionaalses toidus
Toidule on lisatud midagi, et see parandaks
inimese tervist.
Biokeefir, biojogurt ­ lisatud probiootilisi
baktereid, mis parandavad seedimist,
immuunsüsteemi.
"Hellus" sisaldab Eestis patenteeritud
Lactobacillus fermentum ME-3, mis hävitab
düsenteeria, salmonelloosi ja ateroskleroosi...
Toidu omaduste parandamiseks
Seentest saadud ensüümid (proteaasid)
kalgendavad piima juustu tootmisel,
parandavad leiva ja õlle omadusi.
Pintselhalliku abil toodetakse hallitusjuustu ja
salaamit.
Põllumajanduses
Silo valmistamisel
Mügarbakterid küntakse mulda.
Biotõrje (taimekaitsevahendid) ­
- seentest saadud ensüümid peletavad putukaid ja
seenhaigusi.
- feromoonidega meelitatakse kahjurid lõksu
- bakteritoksiin (Bt-toksiin on parim) tapab putukaid
selektiivselt ja inimesele mõju ei avalda.
Ka meditsiin kasutab biotehnoloogiat juba terve
sajandi
· Antibiootikumid seentest ja bakteritest
(penitsilliin ja etratsükliin)
A. Fleming avastas penitsilliini 1929.a
· Alkaloidid, mida kasutatakse
Parkinsoni tõve ja migreeni raviks.
Rakendusbioloogia (eelkõige biotehnoloogia)
ajaloo tähtsündmused
2007: Nobeli preemia geeninokaudi
tehnoloogia loomise eest (Mario R. Capecchi,
Martin J. Evans ja Oliver Smithies).
2006: Nobeli preemia geenivaigistuse
mehhanismi avastamise eest (Andrew Z. Fire
ja Craig C. Mello)
2004: USA Toidu- ja Ravimiamet kinnitab
esimesena DNA mikroproovidega testsüsteemi
paljude pärilike haiguste diagnoosimiseks.
2001: Avaldatakse inimese genoomi DNA-
järjestuse mustandvariant.
2000: Esimest korda järjendatakse taime
(müürlook) kogu genoom.
1998: Saadakse inimese embrüonaalsete
tüvirakkude kultuurliinid. Esimest korda
jäljendatakse looma (Ümarussi
Chaenorhabditis elegans) kogu genoom.
1997: Sotimaal sünnib esimene täiskasvanu
rakust kloonitud imetaja - lammas Dolly.
1994: FDA lubab toiduturule esimese GMO -
transgeense tomati.
1990: Esimene edukas geeniteraapia kaasasündinud
immuunpuudlikkusega inimlapsel. Saadakse esimene
putukakindel teravili - Bt-mais. Esimene transgeenne
selgroogne (forell) on välikatsetes. Alustatakse
inimgenoomi projekti.
1986: Alustatakse esimese biotehnoloogilise
vähivastase ravimi - interferooni tootmist. Esimene
transgeenne (GM-) taim (Bt-tubakas) on välikatsetes.
1985: "DNA-sõrmejäljed" on esmakordselt
asitõendina kohtus (USA).
1983: Kary B. Mullis loob DNA polümeraasse
ahelreaktsiooni metoodika. (Saab selle eest
1993 Nobeli preemia.)
1982: USA-s lubatakse kasutusele võtta
esimene biotehnoloogiline ravim - bakterist
toodetud inimese insuliin. Sooritatakse
esimene edukas transgenees taimerakul.
1981: Luuakse esimene transgeenne imetaja -
roti geeniga hiir.
1980: Esimene Nobeli preemia
geenitehnoloogilise avastuse eest (Paul Berg,
Walter Gilbert ja Frederick Sanger).
Patenteeritakse esimene organism -
transgeenne "õli sööv" bakter.
1978: Inglismaal sünnib esimene katseklaasis
vljastatud munarakust saadud embrüosiiratud
laps.
1977: Saadakse inimese geeni esmakordne avaldumine
bakterirakus. Järgmisel aastal saadakse esimest korda
inimese valku (insuliin) transgeensetest bakteritest.
1976: Saavutatakse pärmseene geenide avaldumine
bakteris Escherichia coli. Moodustatakse
rahvusvaheline Rekombinantse DNA Järelvalve
Komitee, kehtestatakse ametlikud reeglid
rekombinantse DNA sisestamiseks
mikroorganismidesse ja viirustesse.
1975: Luuakse hübridoomitehnoloogia monokloonsete
antikehade saamiseks.
1973: Stanley Cohen ja Herbert Boyer sooritavad
bakteril esimese eduka katse rekombinantse DNA-ga.
1972: Embrüosiirdamise moodsa tehnoloogilise
väljatöötamine ja rakendamine
põllumajandusloomadel.
1970: Norman Borlaug saab Nobeli preemia teenete
eest "rohelise revolutsiooni" arendamisel.
Avastatakse restriksiooniensüümid.
1965. Luuakse somaatiliste rakkude liitmise
metoodika, saadakse esimesed inimese ja hiire
hübriidrakud.
1963/64: Norman Borlaugi juhtimisel
aretatakse produktiivsed lühikõrrelised
teraviljasordid ning käivitatakse nn. roheline
revolutsioon.
1961: USA-s võetakse kasutusele esimene
bioloogiline putukatõrjevahend - bakter
Bacillus thuringiensis (Bt).
1953: James Watson ja Francis Crick avastavad
DNA molekulaarstruktuuri ning geneetilise
informatsiooni kopeerimise ja edastamise
põhimõtte.
1942: Penitsiliini masstootmisega
biorekreatorites algab mikrobioloogiatööstuse
ajastu.
1933: USA põllumajanduses algab
puhasliinide ristamisel saadava hübriidmaisi
tootmine.
1928: Alexander Fleming avastab penitsiliini -
esimese antibiootikumi.
1885: Gregor Mendel avastab geenide ja nende
pärandumise seadused. See avastus paneb
1900. a. aluse geneetika arengule.
1857: Louis Pasteur teeb kindlaks käärimise
mikrobioloogilise olemuse.
~100: Esimene biotõrje: esimene teadaolev
putukatõrjevahend - krüsandteemipulber
Hiinas.
500 e.m.a. Kasutusel looduslikud ravivahendid:
Hiinas kasutatakse hallitanud sojaoamassi
mädapaisete ravis (antibiootikumi
ebateaduslik kasutamine)
2000 e.m.a. Babüloonias aretatakse
datlipalmi, risttolmeldades emaspuid kindlate
isaspuude õietolmuga.
6000 - 4000 e.m.a. Algne biotehnoloogia: leiva
kääritamine ja õlle pruulimine (Egiptus);
juustu valmistamine ja veini kääritamine
(Superi, Egiptus, Hiina).
9000 - 8000 e.m.a. Maaviljeluse ja
loomakasvatuse algus LÄhis-Idas
(Mesopotaamia-Palestiina alal).
Kasutatud kirjandus
· www.google.ee
· http://978-9985-830-87-1.blogspot.com/
· www.ebu.ee
· www.neti.ee
· www.koolielu.ee
Tänan!
T,Tom Elias