Підручник Біологія 9 клас - О. А. Андерсон - Школяр 2017

Тема 9 БІОЛОГІЯ ЯК ОСНОВА. БІОТЕХНОЛОГІІ ТА МЕДИЦИНИ

§ 54. Біологія і медицина

Згадаємо!

Що таке методи досліджень?

Які ви знаєте методи цитологічних, генетичних досліджень?

Медицина є одним із найважливіших напрямів діяльності людини. Її розвиток почався в давні часи, коли способи лікування хвороб були переважно інтуїтивними й ґрунтувалися на використанні лікарських рослин (рис. 210).

Поступово медицина сформувалася як наука - із власними методами та законами. Сучасна медицина є одним із чинників, що зумовлює подовження тривалості й поліпшення якості життя людини. Так, у ХVIII ст. середня тривалість життя європейця становила близько 40 років, у другій половині ХХ ст. вона збільшилася до 66 - 76 років. Нині прогнозована тривалість життя в розвинених країнах - понад 80 років.

Розвиток медицини тісно пов’язаний з успіхами біологічної науки. Активна взаємодія між біологією та медициною почалася наприкінці ХІХ - на початку ХХ ст. Накопичені дані про будову (анатомія) і функціонування (фізіологія) організму дають змогу усвідомити закономірності життєдіяльності людини в нормі. Адже без розуміння цього неможливо виявляти причини та механізми формування хвороб.

Розвиток мікроскопічної техніки дав змогу вивчити будову організму людини на тканинному та клітинному рівнях, установити закономірності ембріонального розвитку людини тощо. Відкриття бактерій та дещо пізніше вірусів допомогли зрозуміти причини розвитку інфекційних захворювань, а відтак і започаткували науково обґрунтований пошук шляхів боротьби з ними. Поява генетики уможливила пояснення причин спадкових захворювань. Розвиток біохімії сприяв установленню основних шляхів перетворень речовин в організмі людини. Відкриття вітамінів відкрило шлях для лікування хвороб, пов’язаних з їхнім дефіцитом.

Давньогрецький лікар, реформатор античної медицини Гіппократ (460 - 370 рр. до н. е.).

Давньоєгипетське зображення сцени народження дитини. Жінки, які допомагали під час пологів, виконували функцію сучасних акушерів.

Рис. 210. Розвиток медицини в давні епохи

Одним з найважливіших для медицини біологічних відкриттів стало винайдення антибіотиків: було зменшено рівень смертності, спричиненої інфікуванням хвороботворними бактеріями. Успіхи сучасної молекулярної біології дають інформацію стосовно зв’язків генів та ознак організмів. Розшифрування на початку ХХІ ст. геному людини вказало шлях до детального вивчення ролі конкретних генів у нормальному функціонуванні організму та розвитку патологій. Використання в дослідженнях лабораторних тварин з моделями хвороб людини дає змогу глибше аналізувати молекулярні механізми їх розвитку, а також випробовувати перспективні способи лікування, що є необхідним етапом розроблення новітніх лікарських засобів (рис. 211). Біотехнологічні методи дають змогу виробляти потрібні для медицини сполуки - антибіотики, вітаміни, антитіла. Наприклад, мікробіологічний синтез забезпечує більшу частину потреби людства в інсуліні (оцінюється в 16 000 кг на рік). Значну частину інсуліну, що входить до складу медичних препаратів, синтезують за допомогою генетично модифікованих кишкової палички або дріжджів.

Використання біологічних методів під час діагностики захворювань. Біологія надала медицині широкий діагностичний арсенал. Деякі методи аналізу є давніми, класичними, проте дуже важливими. Так, біохімічний аналіз (наприклад, крові) дає змогу визначити наявність в організмі певних хімічних речовин, що можуть бути індикаторами патологій. Наприклад, наявність цукру в сечі сигналізує про дисфункцію нирок, підвищена концентрація глюкози в крові - про цукровий діабет, знижена кількість гемоглобіну - про анемію тощо. Гістологічний аналіз дає змогу виявити порушення в будові тканин організму внаслідок уроджених вад або ідентифікувати ракові пухлини (рис. 212).

Рис. 211. Миша - один з основних об’єктів для біомедичних досліджень

Рис. 212. Сучасна медична лабораторія

За допомогою цитологічних методів можна виявляти спадкові захворювання, пов’язані, наприклад, зі зміною числа хромосом (синдром Дауна). Мікробіологічні методи дають можливість виділити з організму та ідентифікувати збудників деяких інфекційних хвороб. Розвиток молекулярної біології збагатив медицину низкою сучасніших методик. Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) забезпечує копіювання молекул ДНК лабораторного зразка, щоб можна було аналізувати їх іншими методами. За допомогою ПЛР можна точно (ідентифікуючи специфічні гени) визначити наявність вірусів або інших збудників під час прихованого періоду розвитку захворювання, тобто ще до появи симптомів (рис. 213). Секвенування молекул ДНК - це визначення їхньої нуклеотидної послідовності, що уможливлює виявлення певних мутацій. Імуноферментний аналіз дає змогу за допомогою реакції антиген-антитіло точно визначати наявність і кількість певних макромолекул, якими можуть бути, наприклад, білки збудників хвороб. Ці та інші методи суттєво підвищують точність діагностики.

Цікаво, що відкриття, яке лежить в основі важливих для медицини методів, може відбутися в галузі біології, абсолютно не пов’язаній з людиною.Наприклад, розроблення ПЛР було б неможливим без відкриття ДНК- полімерази, що ефективно діє за підвищеної температури, за якої звичайні білки денатурують (75 °С). Її виділено з бактерій, що існують у гарячих джерелах (рис. 214). Описаний раніше високоточний метод редагування ДНК заснований на роботі комплексу ферментів CRISPR-Cas9, також виявленого в прокаріотичних організмах. Це свідчить про значущість фундаментальних досліджень - адже не завжди можна передбачити практичне застосування того чи іншого відкриття.

Протягом кожного циклу роботи кількість ДНК дослідного зразка подвоюється; після 30-го циклу утворюються понад 2 млн копій.

Рис. 213. Прилад для проведення ПЛР

Структура білка Taq-полімерази, що її використовують для ПЛР, та гаряче джерело - місце існування бактерій, з якого її було виділено.

Рис. 214. Неочікувані зв’язки в науці

Перспективи розвитку медицини. Попри суттєві успіхи в галузі медицини ми досі не уявляємо механізмів розвитку багатьох хвороб, отже, методик їх ефективного лікування. Одним із сучасних напрямів розвитку є створення персоналізованої медицини, яка добирає схему лікування з урахуванням індивідуальних генетичних та інших особливостей пацієнта. У недалекому майбутньому кожна людина, звертаючись до лікаря, матиме не лише історію хвороби, а й повну генетичну розкладку. Завдяки цьому лікар задовго до появи перших симптомів знатиме, до яких захворювань схильний пацієнт. Сьогодні рак або інші серйозні захворювання іноді стають несподіванкою. Однак якщо людина буде поінформована щодо можливих загроз її здоров’ю, то уникнення хвороби стане справою особистої відповідальності. Батьки, будучи обізнаними з генетичною «історією» своїх дітей, матимуть змогу зберегти їхнє здоров’я.

Медики розробляють і випробовують методи генної терапії з метою лікування спадкових хвороб, подолання раку та ін. У 2013 р. вперше зі стовбурових клітин було вирощено цілі органи (нирку та печінку). Поки що це здійснили на лабораторних тваринах, але науковці сподіваються, що в такий спосіб можна буде одержати необхідні для пересадки органи людини. Одним із глобальних напрямів біології та медицини є дослідження нервової системи для розуміння причин неврологічних розладів, їх профілактики, корекції та лікування.

Біомедичні дослідження є важливою складовою сучасної науки. Можливо, наступні відкриття в цій царині чекають саме на вас!

ПОВТОРІТЬ, ПОМІРКУЙТЕ

1. Що таке медицина?

2. Як дослідження в біологічній науці сприяють розвитку медицини?

3. Які методи біологічної науки використовують під час діагностики захворювань? Наведіть приклади.

4. Обґрунтуйте власний погляд щодо перспектив розвитку медицини.

Самоконтроль рівня навчальних досягнень з теми «Біологія як основа біотехнологи та медицини»

ВАРІАНТ І

Тестові завдання з однією правильною відповіддю (0,5 бала)

1. Який метод використовують у селекції?

А природний добір

Б штучний добір

В світлову мікроскопію

Г метод мічених атомів

2. Який продукт виробляють, використовуючи дріжджі?

А квашену капусту

Б м’ясні консерви

В сир

Г хліб

3. Рекомбінантні РНК або ДНК отримують за допомогою методів

А клітинної інженерії

Б генетичної інженерії

В вивчення спадковості

Г цитологічних досліджень

4. Генетично модифіковані організми отримують методом

А гібридизації

Б штучного добору

В клітинної інженерії

Г генетичної інженерії

5. Ця наука забезпечує використання біологічних об’єктів та процесів їх життєдіяльності в промисловому виробництві, сільському господарстві, енергетиці та медицині. Укажіть її.

А селекція

Б медицина

В біоінформатика

Г біотехнологія

6. Відкриття й застосування яких речовин дало змогу зменшити смертність, спричинену інфікуванням хвороботворними бактеріями?

А ферментів

Б гормонів

В вітамінів

Г антибіотиків

Тестові завдання з однією правильною відповіддю (1 бал)

7. Є спадкові захворювання, які виявляють за допомогою цитологічних методів. Яке захворювання можна виявити за допомогою світлової мікроскопії?

А хворобу Дауна

Б гемофілію

В дальтонізм

Г грип

8. Прочитайте опис: «У генетичній інженерії спадкову інформацію переносять в іншу клітину за допомогою (1) та (2)». Замість цифр необхідно вписати слова. Виберіть правильний варіант.

А 1 - одноклітинних організмів

2 - вірусів

Б 1 - архей

2 - одноклітинних еукаріотів

В 1 - ціанобактерій

2 - вірусів

Г 1 - вірусів

2 - плазмід

9. На уроці біології для обговорення питання щодо проблем біотехнології клас поділили на дві групи. Перша група зазначила, що основою сучасного біотехнологічного виробництва є синтез різноманітних речовин за допомогою мікроорганізмів. Друга група вважала, що бактерії використовують для отримання антибіотиків. Яка група висловила правильне судження?

А лише перша

Б лише друга

В обидві групи

Г жодна з груп

Тестове завдання на відповідність (3 бали)

10. Установіть відповідність між видом мутації (1 - 4) та її характеристикою (А - Д).

1 генні

А випадання одного із нуклеотидів

2 хромосомні

Б кратне збільшення кількості хромосом

3 анеуплоїдія

В збільшення гомологічних хромосом на одну

4 поліплоїдія

Г зміна структури хромосоми

Д збільшення кількості цитоплазми в клітині

Дайте відповідь на вибране вами завдання (3 бали)

1. Оцініть можливі позитивні й негативні наслідки застосування сучасної біотехнології.

2. Оцініть можливі позитивні й негативні наслідки клонування організмів.

ВАРІАНТ ІІ

Тестові завдання з однією правильною відповіддю (0,5 бала)

1. Одним з методів селекції є

А електронна мікроскопія

Б природний добір

В гібридизація

Г близнюковий

2. Який продукт виробляють, використовуючи молочнокислі бактерії?

А рибні консерви

Б м’ясні консерви

В сир

Г хліб

3. Для перенесення спадкової інформації з однієї клітини до іншої використовують

А віруси

Б білки

В бактерії

Г одноклітинні еукаріотичні організми

4. Генетично модифіковані організми отримують методом

А гібридизації

Б штучного добору

В клітинної інженерії

Г генетичної інженерії

5. Які організми використовують для промислового одержання гормонів, інтерферону?

А віруси

Б бактерії

В водорості

Г одноклітинні тварини

6. Застосування цих речовин зменшило смертність від інфекційних захворювань. Укажіть ці речовини.

А антибіотики

Б ферменти

В гормони

Г вітаміни

Тестові завдання з однією правильною відповіддю (1 бал)

7. За допомогою якого методу визначають наявність хімічних речовин, що можуть бути індикаторами захворювання?

А цитологічного

Б біохімічного

В мікробіологічного

Г гібридологічного

8. Прочитайте опис: «Методи селекції дають змогу отримувати нові сорти (1) та породи (2)». Замість цифр необхідно вписати слова. Виберіть правильний варіант.

А 1 - мікроорганізмів

2 - рослин

Б 1 - рослин

2 - тварин

В 1 - тварин

2 - рослин

Г1 - тварин

2 - мікроорганізмів

9. На уроці біології для обговорення значення цитологічних методів у медицині клас поділили на дві групи. Перша група зазначила, що цитологічні методи дають змогу виявляти спадкові захворювання. Друга група вважала, що за допомогою цих методів не можна виявляти спадкові порушення кількості хромосом. Яка група висловила правильне судження?

А лише перша

Б лише друга

В обидві групи

Г жодна із груп

Тестове завдання на відповідність (3 бали)

10. Установіть відповідність між методами селекції (1 - 4) та їх описом (А - Д).

1 аутбридинг

А схрещування близькоспоріднених особин

2 штучний добір

Б вибір особин із корисними ознаками

3 інбридинг

В схрещування особин, що належать до різних видів

4 поліплоїдія

Г явище гібридної сили під час неспорідненого схрещування

Д кратне збільшення набору хромосом у клітинах організму

Дайте відповідь на вибране вами завдання (3 бали)

1. Оцініть можливі позитивні й негативні наслідки застосування сучасної біотехнології.

2. Оцініть можливі позитивні й негативні наслідки використання генетично модифікованих організмів.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити