Биотехнология как наука. 
Основные направления современной биотехнологии

Понятие биотехнологии. Место биотехнологии в комплексе естественных наук. Зарождение и развитие биотехнологии как науки

Биотехнология — от греч. слов Bios — жизнь Teken — искусство Logos — учение, наука. Определение биотехнологии в довольно полном объеме дано Европейской биотехнологической федерацией, основанной в 1978 г.

Согласно этому определению, биотехнология — это наука, которая на основе применения знаний в области микробиологии, биохимии, генетики, генной инженерии, иммунологии, химической технологии, приборои машиностроения использует биологические объекты (микроорганизмы, клетки тканей животных и растений) или молекулы (нуклеиновые кислоты, белки, ферменты, углеводы и др.) для промышленного производства полезных для человека и животных веществ и продуктов.

Существует и другое определение: Биотехнология — производственное использование биологических агентов (микроорганизмы, растительные клетки, животные клетки, части клеток: клеточные мембраны, рибосомы, митохондрии, хлоропласты) для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений. В биотехнологических процессах также используются такие биологические макромолекулы как рибонуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), белки — чаще всего ферменты. ДНК или РНК необходима для переноса чужеродных генов в клетки.

К числу биологических процессов относят те, в которых применяют биологические объекты различной природы (микробной, растительной или животной).

Биотехнология — междисциплинарная область знаний, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук. До того момента, как термин биотехнология стал общепринятым, для обозначения наиболее тесно связанных с биологией разнообразных технологий использовали такие названия, как прикладная микробиология. прикладная биохимия, технология ферментов, биоинженерия. прикладная генетика и прикладная биология.

История возникновения и становления биотехнологии

Биотехнология как наука формировалась и развивалась по мере развития человеческого общества.

Возникновение и развитие биотехнологии можно подразделить на 4 периода:

• * эмпирический;
• * этиологический;
• * биотехнический;
• * генотехнический.

Эмпирический (доисторический период) — самый длительный, который охватывает около 600 млн. лет до н.э. н около 2000 лет н.э. Древние народы интуитивно использовали приемы и способы изготовления хлеба, пива и других продуктов которые сейчас относим к биотехнологическим процессам. Переходы после охотничьего кризиса к оседлому образу жизни привели к изобретению техники земледелия. Стали формироваться первичные цивилизации Месопотамии, Египта, Индии и Китая. Они выпекали хлеб из кислого теста, владели искусством готовить пиво. Уже в 14 веке — начали приготавливать уксус Орлеанским способом, водку из хлебных злаков получили в 16 веке, шампанское известно с 18 века. Абсолютный этанол впервые удалось получить в 14 веке испанцу Раймунду, благодаря перегонке вина с негашеной известью. Продукты питания растительного и животного происхождения использовались не только в пищу, но и для лечебных целей. Так, в ассирийской столице еще в 8−7 — веке до н.э. царская библиотека насчитывала более 30 000 табличек из которых в 33 имелись сведения о лекарственных средствах и их рецептуре.

К этому периоду относятся: получение кисломолочных продуктов, квашенной капусты, силосование кормов. К этому периоду также относятся большое накопление фактов в области микологии (о грибах), которая стала самостоятельной наукой.

Второй период (этиологический) охватывает период с 1856—1933 гг. Связан с исследованиями французского ученого Луи Пастера. Его достижения в биотехнологии: — открыл микробную природу брожений; предложил метод стерилизации; создал научные основы вакцинопрофилактики; приготовил в 1859 г. первую жидкую питательную среду.

В этот период были обнаружен ряд вирусов:

— вирус мозаичной болезни табака (Ивановский Д.И.). И. П. Фрош открыл вирус ящура, были открыты вирус желтой лихорадки, вирусы бактерий (бактериофаги).

В этот период удалось доказать индивидуальность микробов и получить их в чистых культурах. Было начато изготовление прессованных пищевых дрожжей, и некоторых продуктов обмена (метаболизма) — ацетона, бутанола, лимоновой и молочной кислот. Во Франции приступили к созданию биоустановок для микробиологической очистки сточных вод.

Третий период (биотехнологический) начался с 1933 г. с опубликования работы Клюйвера и Перкина «Методы изучения обмена веществ у плесневых грибов», в которой изложили основные технические приемы. С этого периода началось внедрение в биотехнологию крупномасштабного герметизированного оборудования, которое обеспечивало проведение процессов в стерильных условиях. Мощный толчок в развитии промышленного биотехнологического оборудования был отмечен в период развития производства антибиотиков.

В 1950 г. Ж. Моно (Франция) разработал теоретические основы непрерывного управляемого культивирования микробов. Примерно за 40 лет этого периода были решены основные задачи по созданию и внедрению в практику необходимого оборудования — биореакторов.

Четвертый период (генотехнический) начался с 1972 г. В этом году П. Берг со своими сотрудниками в США создали первую рекомбинантную молекулу ДНК.

В! 982 г. поступил в продажу человеческий инсулин, выработанный кишечными палочками, которые несут в себе искусственно встроенную генетическую информацию об этом гормоне. Зная строение аппарата наследовательности у разных организмов, удается манипулировать как нуклеиновыми кислотами, так и целыми хромосомами (клеточная инженерия) и клетками (клеточная инженерия). Для этого периода характерны: создание необычных организмов, ранее не существовавших в природе (неклубеньковых растений, несущих гены азотобактерий, ответственные за способность фиксировать молекулярный азот из воздуха); разработка и внедрение экологически чистых, безотходных технологий, разработка и внедрение в практику спец. аппаратуры и др.

• 1972 год. Доказано, что генокод человека на 99% аналогичен генокоду горилл и шимпанзе.
• 1976 год. В США выходит первый законодательный акт по работе с рекомбинантной ДНК. Определена последовательность базовых пар в генах (A, C, T, G).
• 1978 год. Впервые создан рекомбинантный инсулин, который практически полностью идентичен естественному. Это открытие позволило спасти миллионы жизней больных сахарным диабетом. Впервые синтезирован гормон роста человека.
• 1980 год. Впервые выдан патент на клонирование.
• 1981 год. Создано первое трансгенное животное (мышь).
• · Китайские ученые впервые клонировали рыбу (золотого карпа).
• 1982 год. Зарегистрировано первое лекарство, полученное методами биотехнологии (FDA): человеческий инсулин, вырабатываемый бактериями. Первая генетическая трансформация растительной клетки: Petunia (расцветка цветков).
• 1983 год. Первое ГМ (генетически модифицированное) растение (табак).
• 1984 год. Разработана технология применения анализа ДНК для идентификации человека, с 1985 года она используется в работе правоохранительных органов.
• 1986 год. Впервые с помощью генной инженерии создана вакцина (гепатит В) и первое лекарство против рака (интерферон).
• 1987 год. Первые полевые испытания генетически модифицированных сельскохозяйственных растений (помидор, устойчивый к вирусным заболеваниям).
• 1990 год. Начало крупномасштабного международного проекта по созданию генетической карты человека (Human Genom Project). В этом же году впервые была проведена успешная генная терапия, которая позволила спасти жизнь четырехлетней девочке, страдавшей расстройством иммунитета. Первый продукт питания из ГМО, зарегистрированный в UK (модифицированные дрожжи).
• 1993 год. Генетически измененные продукты допущены на прилавки магазинов мира. Практически сразу начинается международная кампания, требующая их запрещения.
• 1994 го. Открыт ген, вызывающий рак
• 1995 год. Впервые пересажен костный мозг бабуина больному, страдающему СПИДОМ.
• 1996 год. Открыт ген, вызывающий болезнь Паркинсона.
• 1997 год. Впервые из эмбриона клонировано животное — знаменитая шотландская «овечка Долли».
• 1998 год. Впервые создана полная генетическая карта животного (дождевой червь).
• 2000 год. Первое полное картирование генома растения: Arabidopsis thaliana.
• 2001 год. Создана первая полная генетическая карта сельскохозяйственного растения (риса).
• 2002 го. Создана практически полная генетическая карта человека.

В последующие годы:

• — более 350 препаратов и вакцин, разработанных с помощью биотехнологий, широко используются в медицине для лечения рака, диабета, сердечно-сосудистых заболеваний, склероза, СПИДа и артрита. Посевы генетически модифицированных сельскохозяйственных растений занимают примерно 50 млн. га в 13 странах мира. Более 30% всей выращиваемой в мире сои, более 16% хлопка и 7% кукурузы произведены с использованием достижений генной инженерии.
• — при производстве многих непродовольственных товаров используются биотехнологии, к примеру, во многих марках стиральных порошков используются ферменты, позволяющие интенсифицировать процесс стирки и, таким образом, сэкономить энергию и воду.
• — в США в биотехнологической отрасли занято более 170 тыс. человек — больше, чем в производстве спортивных и детских товаров. В Конгрессе США начинаются дебаты о будущем клонирования.

биотехнология междисциплинарный химический.