14. Teollisuudessa ja ympäristöteknologiassa hyödynnetään bioteknologiaa

- Bioteknologiaa käytetään nykyään monella tavalla teollisuudessa

>kemianteollisuus (pyritään säästämään energiaa, raaka-aineita ja ympäristöä

>elintarviketeollisuus (maitotuotteiden ja oluen valmistuksessa, ja niiden menetelmin parannetaan elintarvikkeiden ja raaka-aineiden ominaisuusia)

-> kaikki tämä on bioteollisuutta.

- Entsyymejä tuotaan monien teollisuusalojen tarpeisiin
> entsyymejä käytetään mm. elintarvike-, pesuaine-, puunjalostus- ja tekstiiliteollisuudessa.
> entsyymeillä voidaan korvata haitallisia aineita tai käyttää alhaisia lämpötiloja tai painetta. (energiaa tarvitaan vähemmän)

- Teollisuuden käyttämien entsyymien tuottamieen käytetään bakeereita ja homeita.
- Bioreaktori on suuri astia jka on steriloitu ja suljettu niin tiivisti ettei sinne pääse ulkopuolisia mikrobeja.
- Mikrobit soveltuvat hyvin entsyymien tuotantoo, koska ne kasvavat nopeasti pienellä ravintomäärällä ja pystyvät tuotamaan pieneen kokoonsa nähden paljon entsyymejä.

- Monien elintarvikkeiden valmistus perustuu mikrobien aineenvaihduntaan.
-Hiivasolut käyttävät energialähteenään taikinan sisältämiä hiilihydraatteja. Hapekkaissa olossa hiivasoluissa vapatuu energiaa soluhengityksessä ja samalla syntyy hiilidioksidia. Hiilidioksidikuplat saavat taikinan kohoamaan.
- Sekä oluen että viinin valmstus perustuu hiivasoluissa tapahtuvaan alkoholikäymiseen. (alkoholikäymisessä viljan tai viinirypäleiden sisältämät hiilihydraatit hajoavat hiilidioksidiksi ja etanoliksi)

- Bioenergia korvaa fossiilisia polttoaineita.
> liikenteen biopolttoaineita tuotetaan eribiomassoista. Biopolttoaineiden raaka-aineina käytetään runsaasti sokeria ja tärkkelystä sisältäviä kasveja kuten sokeriruokoa, sokerijuurikasta ja maissia.
- Biokaasua muodostuu mikrobin hajottaessa orgaanista ainetta hapettomissa olosuhteissa.
> kaasua käytetään lämmön ja sähköntuotantoon sekä ajoneuvojen polttoaineena. Näin ilmakehään vapautuvan metaanin määrä vähenee. > metaani on tehokas kasvihuonekaasu, joten biokaasun käyttö torjuisi osaltaan ilmastonmuutosta.

13. Lääketieteessä kehitetään jatkuvasti uusia rokotteita ja hoitomenetelmiä.

- Ihmisen immuunijärjestelmän toiminta perustuu elimistölle vieraiden molekyylien eli antigeenien tunnistamiseen ja tuhoamiseen.
> antigeenejä mm. mikrobien pintaproteiinit

- Bakteeritauteja hoidetan antibiooteilla. Antibiootit ovat bakteerien ja homeiden valmistamia aineita, joilla ne tappavat kilpailijoitaan tai estävät niiden kasvua ja lisääntymistä.

- Antibioottien vaikutus perustuu siihen, etä ne häiritsevät bakteerin aineenvaihduntaa.

-esim. penisilliini estää bateerin soluseinän rakentumisen.

-antibiootteja valmistetaan nykyään teollisesti.

-Antibioottien teho heikentyy koska niille vastustuskykyisiä bakteerikantoja kehittyy jatkuvasti.

-Sairaalabakteerien synnyn estämiseksi on tärkeä ettei syö antibiootteja turhaan ja että lääkärinmääräämä antibioottikuuri syödään aina loppuun asti




- Suurin osa rokotteista valmistetaan geenitekniikan avulla.
- Sekä bakteeri että virustautien ennaltaehkäisynä käytetään rokotusta eli aktiivista immunisaatiota.
- Perinteisiä rokotteita, joiden teho perustuu heikenettyihin tai tapettuihin mikrobeihin tai niiden osiin, käytetään edelleen kaikkialla maailmassa.
-Kokonaiset mikrobit korvataan mirkobien pintaproteiinilla jotka toimivat antigeeneinä käynnistäen elimistön immuunijärjestelmän toiminnan.
-Uusia rokotteita joudutaan kehittämään kokoajan, koska bakteerit ja virukset muuntelevat nopeasti



- Kun rokotuksessa käytetään yhä pienempiä taudinaiheuttajian osia, ne eivät aina riitä aktivoimaan immuunijärjestelmää. 



- Biotekniikan avulla tuotetaan lääkeproteiineja ja täsmälääkkeitä.

12. Yksilöiden tunnistamisessa käytetään uusia keinoja

> Ihmisen voi tunnistaa biologisten ominaisuuksien, kuten kasvojen piirteiden, silmien iiristen, sormenjälkien tai puheäänen perusteella
-> biometrinen tunnistus

1) sormenjälki tunnistus -> ihoharjanteet ovat yksilöllisiä, joten niistä voi tunnistaa ihmisen (sormen kaaret silmukat ja kierteet)

2)biopassi/biometri -> mikrosiru jossa on tallennettuna digitaaliset henkilötiedot, nimikirjoitus ja kasvokuva. (kuvaa tunnistettavaa henkilön kasvot ja vertaa passin kasvokuvaan)

3)iiristunnistus -> jokaisella ihmisellä on erilainen kuviointi silmän värikalvossa eli iiriksessä. 

4)kasvotunnistus -> tunnistaa silmän, nenän ja suun mittasuhteetja muodot. Ne analysoidaan tietokoneella joka piirtää niiden perusteella yksilöllisen kasvokartan.



s
- DNA-tunnisteet perustuvat yksilöllisiin DNA:n toistojaksoihin, joita monistetaan PCR-menetelmällä

-rikostutkimus
-isyystestit
-sukulaisuuden selvittäminen
-uhrien tunnistus
-lajien tunnistaminen
-muuntogeenisten eliöiden tunnistaminen.

11. Geenitekniikka on muuttanut jalostusta

- Puhuimme aiheesta ryhmissä, sekä jaoimme kappaleen niin että jokainen kertoi/opetti yhden osan siitä.

- Perinteisessä jalostuksessa geenejä saadaan siirtymään sellaisten lajikkeiden, rotujen ja lajien välillä, jotka risteytyvät keskenään
- Jalostuksessa jalostettuun eliöön toivottujen geenien lisäki siirtyy tuhansia tuntemattomia  ja jopa ei-toivottuja geenejä 
- Geenitekniikan tavoitteena on siirtää geeni eliön soluun niin, että se kiinnittyy osaksi genomia, vaikuttaa halutulla tavalla ja periintyy jälkeläisille.
- Geenitekniikka on menetelmänä nopeampi kuin jalotus, mutta se on kalliimpaa, tarkkaa testausta sekä valvontaa.
- EU-maissa on yhteinen muuntogeenisiä lajeja ja niiden käyttöä koskeva lainsäädäntö



- Muuntogeenisten kasvien viljely on yleistynyt maailmalla
>Geeni tekniikan avulla jalostettiin rikkakasvimyrkkyjä kestäviä lajikkeita, koska rikkakasvimyrkkyjä käytetään viljelyssä runsaasti.
> 75% muuntogeenisistä lajikkeista on rikkakasvimyrkkyjä sietäviä, mikä mahdollistaa rikkakasvien perusteellisemman hävittämisen.
>Muuntogeenisiä kasveja on kehitetty yli sadasta viljelykasvista, kuten maissista.
>Eniten muuntogeenisiä kasveja viljellään USA:ssa koska siellä ei lainsäädännössä erotella muuntogeenisiä ja perinteisesti jalostettuja eläimiä toisistaan.
>muuntogeeniset kasvit voivat auttaa maailman nälkäongelman ratkaisemisessa. Bioteknologian avulla voidaan lisätä sadon määrää ja viljellä lajikkeita, jotka kestävät kuivia olosuhteita sekä suolaista maaperää.
> ongelma: kehitymaiden viljelijät joutuvat ostamaan kalliita siemeniä ja tulevat riippuvaiseksi muuntogeenistä siemenviljaa tuottavista yhtiöistä.



- Muuntogeeniset eläimet
> eläinten tautien vastustuskyvyn parantamiseen tai ominaisuuksiltaan muunneltujen maataloustuotteiden tuottamiseen.
> tavoitteena voi olla tuotteen laadun muutaminen siten että se soveltuu paremmin jatkojalostukseen.

- Muuntogeeninen ravinto on ruokaa jonka raaka-aneena on käytetty muuntogeenisiä eliöitä. = geeni ruoka
>esim. muuntogeenisestä maissista valmistetut aamiaismurot tai muuntogeenisestä tomaatista valmistettu tomaattisose. Tällöoin lopullisessa tuotteessa on mukana maissin ja tomaatin oman DNA:n lisäksi myös jonkin muun eliön DNA:ta.
> Muuntogeeniset elintarvikkeet käyvät läpi tiukan läpimenettelyn, ennenkuin ne pääsevät EU:n alueella kaupalliseen levitykseen. 


Muuntogeeninen ravinto jakaa mielipiteitä
--------------------------------------------------

+ Muuntogeenisen ravinnon riskit ovat pieniä, hyötyjä on enemmän
+ Turvallinen, koska geenitekniikka on erittäin valvottuja
+ ei viitteitä haitallisuudesta
+ tuotteen turvallisuus arvioidaan
+ muuntogeenisen ravinnon tuottaminen on yhtenä osaratkaisuna maapallon nälänhädän torjunnassa ja ympäristöongelmien ratkaisemisessa

- vaara terveydelle ja ympäristölle
- yllättävät allergiset reaktiot (kasvin proteiinit)
- epäluonnollinen
- rikkakasvimyrkyjä paremmin sietävät muuntogeeniset kasvit-> tarvitaan lisää ja vahvempaa myrkkyä 
- torjunta-ainejäämä

10. Jalostuksella ohjataan haluttujen ominaisuuksien periytymistä

- Jalostus = ihmisten teemä suunnitelmallinen kasvien ja eläinten ominaisuuksien valikoimista ja parantamista


- Ihminen on jalostanut kasveja ja tuotantoeläimiä jo pitkän aikaa
- Jalostustyössä hyödynnetään kasvi- ja eläinpopulaatiossa esiintyvää perinnöllistä muuntelua
- Halutut ominaisuudet pyritään periyttämään jälkeläisile
- Jalostuksen tavoitteet muuttuvat, koska kuluttajien toiveet ja terveysvaatimukset muuttuvat (maidontuotannossa alhaisempi rasvaprosentti)



- Valintajalostus tarkoittaa sitä, että ihmisen mielestä tärkeitä ja hyviä ominaisuuksia ilmentävät yksilöt valitaan jatkamaan sukua.
- Kasvijalostuksesa saadaan itsepölytteisillä kasveilla valinnan avulla aikaan puhdas linja, jossa yksilöt ovat jalostajan kannalta toivottujen geenien suhteenn homotsygoottisia
- Valintajalostusta hankaloittaa se että suurin osa jalostuksen kohteena olevista ominaisuusista on sellaisia, mihin tarvitsee monta geeniä. (kasvunopeus, hedelmällisyys, rakenne/ulkomuoto)


- Risteysjalostuksen avulla pyritään aikaan saamaan uusia ominaisuusyhdistelmiä.
- Tavoitteena on jalostaa yksilöitä, joilla on useita hyviä ominaisuuksia
- Tavoitteena on saada toivottujen ominaisuuksien aiheuttavien alleelien suhteen homotsygotiaan, jotta ominaisuus säilyisi jälkikasvulle.


- Kasvijalostuksessa käytetään myös mutaatioita
>tarkoituksellisesti aikaansaatuja
- Kasvin kromosomisto saadaan kaksinkertaistettua käsittelemällä siemeniä tai kasvavia versoja myrkkylihan sijsta eristetyllä kolkisiinilla, joka estää tumasukkulan synnyn
>mitoosin edetessä kromosomit jäävätkin samaan tytärsoluun


-Solukkoviljelyn avulla tuotetaan kasviklooneja
> saadaan nopeasti kasvatettua suuri määrä kasviyksilöitä, joilla on jokin toivottu ominaisuus (kestävyys virustauteja vastaan).
> uusia kasveja tuotetaan niiden kasvusolukoista tai yksittäisistä soluista
>kasvista otetaan pieni määrä soluja joka laitetaan kasvamaan ravintoalukselle tai ravintoliuokseen.
>Solukkoviljelyn avulla kasvetut kasvit ovat perimältään samanlaisia kuin emokasvi, eli ne ovat sen klooneja
- Haploidijalostuksessa kasvatetaan hedelmittymättömästä munasolusta tai siitepölyhiukkasten esiasteesta solukkoviljelysä uusi taimi. Koska haploidisella taimella on vain puolet kasvin normaalista kromosomimäärästä, siiinä ilmenevät resessiivisetkin alleelit, koska niiden vastinalleelit puuttuvat.

Jalostuksen huonoja puolia on etenkin koiriin (toki muihin eläimiinkin) kohdistunut järjetön jalostus. Niissä yritetään 'kaunistaa' koiraa tai saada se toivotun näköiseksi.
(Väärin tehtyä siksi, koska ei se itse jalostus siinä ole se ongelma. Lähinnä se että tiedot genetiikasta ovat olleet puutteellisia -> vääränlainen jalostus) 






- Kaikkien näiden jalostusten takana ei ole vaikuttaa koiran terveyteen tippaakaan; vaan ulkomuotoon ja hyvännäköisyyteen (pärjäisi näyttelyissä tms.)
- Jotkin jalostukset (etenkin keskimmäinen kuva) on aiheuttanut kyseiselle koirarodulle pahoja lonkka sekä selkävaivoja/vikoja.
- Viimeisen kuvan koira on haluttu saada näyttämään enemmän leijonalta. Koska buddhalaisuudessa leijona on pyhä eläin - halusi keisari itselleen koirasta 'leijonan tapaisen'

9. Geenitekniikan avulla voidaan muokata eliöitä

- 9-kappaleesta teimme Kahoot!-sovelluksella pienen testin.
- Eliötä sanotaan muuntogeeniseksi mikäli sen perimää on muokattu.


- Muuntogeeniset eliöt voidaan jakaa kahteen ryhmään

a) jos eliöön on lisätty jokin uusi geeni, on se silloin siirtogeeninen. Siirrettävä geeni tai sen osa voi olla peräisin saman lajin toisesta yksilöstä tai toisesta lajista.

b) geenin muuttaminen toimintakyvyttömäksi on poistogeeninen eliö. 

- Siirtogeenisiä bakteereja tehdään yleensä jonkin proteiinin tuottamista tai geenin monistamista varten.

- Vektoreina toimivat bakteerit ja virruset; bakteerit lisääntyvät suotuisissa suhteissa nopeasti ja tuottavat suuria määriä proteiineja.

- Tumallisen solun geeni ei tomi sellaisenaan bakteeriin siirrettynä. Kyseisen geenin proteiinia koodatessa alue tarvitsee viereensä myös bakteerissa toimivan säätelyalueen.

- Geenien siirto eläinsoluun voidaan tehdä monella tavalla
>mikroinjektiossa geeni siirretään mikroskoopin alla erittäin ohuen lasiputken kautta eläimen munasoluun. Munasolun annetaan jakautua ja muodostaa kasvatusalustalla alkio.
>sähköpulssi tekee solukalvoon hetkellisesti aukkoja joiden kaut vierasta DNA:ta pääsee isäntäsoluun.
>fosfolipidikalvon muodostamaa pientä kalvorakkulaa, liposomia, jonka sisällä on DNA:ta, käytetään vieraan perintöaineksen siirtämisessä nisäkässoluihin.
-->  ongelmat: geeni yhdistyy isntäsolun perimään sattumanvaraisesti ja mielivaltaiseen kohtaan.
Geeni voi liittyä DNA:ssa alueelle jossa se ei toimi, tai keskelle jotain geeniä, jonka luenta näin estyy. 

- yleisin poistogeeninen nisäkäs on hiiri.


- geeni siirretään kasvisoluun yleensä agrobakteerin avulla
-> kasveihin tehtävän siirron vektorina käytetään tavallisesti maaperästä saatava agrobakteeri.
-> sen plasmidiin liitetty vieras geeni siirtyy helposti kasvisolujen kromosomeihin.
-> Kasvisoluja ympäröivä soluseinä voidaan poistaa selluloosaa hajottavien entsyymien avulla, tällöin geeni voidaan siirtää myös mikroinjektiolla.




- Geenejä, soluja ja yksilöitä kloonataan
- Kloonaaminen: geenien eristäminen ja monitaminen bakteeriviljelmän tai CPR:n avulla.
- Bakteerit kloonautuvat yksinkertaisesti jakautumalla kahtia
- Yksilötasolla kloonamisella tarkoitetaan perimältään samanlaiden yksilöiden tuottamista
- Eläimillä luonnollinen kloonautuminen on harvinaista, mutta suvuttomasti lisääntyvillä kasveilla  se on tavallista.

Yksilöinen kloonaus
eläimet: tuman siirto
kasvit: solukkoviljely

8. Geenitekniikan avulla muokataan ja tutkitaan perimää.

- Geenitekniikalla tarkoitetaan biologian menetelmiä, joilla eliöiden perintöainesta eristetään, analysoidaan, muokataan ja siirrettään muihin eliöihin.
- Perustuvat molekyylibioloiaan ja mikrobigenetiikkaan



- Geenien tutkimus aloitetaan dna:n eristämiselllä
- DNA on eristettävä soluista, puhdistettava ja paloiteltava.
- Bakteerien ja arkkien DNA: saadaan irti soluista rikomala solut emäksisillä kemikaaleilla ja kuumennuksella.
- Tumallisten eliöiden geenit sijaitsevat pääasiassa tuman kromosomeissa mutta myös mitokondriossa ja viherhiukkasissa.
- Hajoitetut lipidi ja proteiinit on pestävä pois jotta DNA:n rimaa voidaan katkoa pätkiksi.

- Entsyymit ovat geenitekniikan työkaluja
- DNA:n käsittelyssä tarvitaan monenlaisia entsyymejä etenkin katkaisu- ja liittäjäentsyymit, proteiineja jotka pilkkovat proteaasit sekä DNA että RNA-ketjua rakentavat polymeraasientsyymit.

Geenitekniikassa esiintyviä entsyymejä

Entsyymi                                                                                                      Merkitys
---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
DNA-polymeraasi                                          Rakentaa nukleotideistä DNA-ketjua (emäspariperiaate)


RNA-polymeraasi                                         Rakentaa nukleotideistä RNA-molekyylin (DNA-                                                                                     juosteen mallin mukaisesti)


Katkaisu eli restriktioentsyymit                          katkaisevat DNAn rihman luonnollisesta kohdasta



liittäjä eli ligaasientsyymit                               Liittävät irrallaan olevat DNA-juosteiden päät yhteen



käänteiskopioija entsyymi                             kopio RNA:n emäsjärjestyksen DNA:n                                                                                                    emäsjärjestykseksi (vastin-DNA:ksi)


proteaasit                                                         yhteisnimi erilaisille proteiineja pilkkoville entsyymeille






- Geenejä voidaan tallentaa ja koodata geenikirjastoissa
- Esim. ihmisen koko perimä voi olla yhdessä koeputkessa bakteereihin liitetyisä satunnaisissa DNA-palasissa.
- Bakteeriviljelmään siirrettyä jonkin eliön perimää tai sen osaa sanotaan geenikirjastoksi.
- Vieraan DNA:n siirtämiseksi bakteereihin tarvtaan geenin kuljettimia plasmideja, eli vektoreita.
- Niitä on helppo eristää bakteereista ja siirtää niihin takaisin.
- Myös bakteriofageja voidaan muunneltuina käytttää vektoreina geenien siirrossa.
- Muita mahdollisia vektoreita on plasmidin ja viruksen yhdistelmät.

- DNA monistetaan entsyymien avulla polymeraasiketjureaktiossa
- Bakteereisa tehtävää DNA:n monistamista nopeampi ja tehokkaampi tapa on polymeraasiketjureaktio eli PCR-menetelmä (pcr = polymerase chain reaction)
- Sillä saadaan monistettua koeputkessa DNA:ta pienestäkin kudos tai solukkonäytteestä.
- PCR:n merkitys nykyaikaiselle geenitutkimukselle on ollut valtava.








- DNA-palojen erottelu tehdään elektroforeesin avulla
- Kun DNA on pilkottu katkaisuentsyymen avulla erikokoisksi paloiksi tai sen osaa on monistettu PCR:n avulla syntyneet palat erotellaan toisistaan.
- Halutaan yleensä vain pieni osa.
-  Erottelu tapahtuu sähkövirran avulla ja menetelmää kutsutaan elektroforeesiksi.
- DNA-palat ovat varaukseltaan negatiivisia ja siksi sähkövirta saa ne liikkumaan geelimäisessä väliaineessa.
- Lopputuloksessa näytteen sisältämät erikokoiset DNA-pätkät ovat liikkuneet toisistaan erilleen ja erottuvat väliaineessa värjäyksen ansiosta erillisinä raitoina.


laite jolla DNA:ta erotellaan

- DNA-sirujen avulla selvitetään samanaikaisesti tuhansen geenien ilmentymistä.

- Sekventoinnissa DNA:n emäsjärjestys selvitetään.