История биотехнологии

В Томском ГУ установлено, что каллусные и суспензионные культуры трансгенных линий табака дают наибольшее количество продукции этого важного белка. О других иммуномодуляторах докладывали ученые из Белоруссии, установившие, что фитолектины растений обладают иммуномодулирующим действием в отношении иммунокомпетентных клеток. Биотехнология в растениеводстве, помимо с/х культур продовольственного назначения, затрагивает и древесную растительность. Трансгенные деревья в мире начали выращивать с 1996 г. Они отличаются большей продолжительностью жизни, способностью существовать в природных экосистемах без помощи человека и др.

положительными свойствами, но возникает и ряд новых проблем, в том числе необходимость предотвращения утечки пыльцы. Предлагаются различные варианты для того, чтобы избежать утечки новых генов с пыльцой, вплоть до выращивания стерильных растений. В настоящее время в Китае выращивают трансгенный тополь, устойчивый к насекомым, в США — папайю, устойчивую к вирусам. В нашей стране плантаций генномодифицированных деревьев пока нет. Наши ученые сотрудничают с учеными Германии, США и др., но внутри страны между биотехнологами и селекционерами не наблюдается взаимопонимания. Действительно, еще недостаточно изучено влияние интеграции чужеродных генов на биохимические, физиологические и морфологические признаки животных, а также на уровень и направленность коррелятивных связей между этими признаками. Генетическая инженерия для переноса генетического материала из одной клетки в другую широко использует тончайшие манипуляции на клеточном уровне, так называемую микрохирургию. Разработаны, например, методы введения отдельных генов в оплодотворенную яйцеклетку. Множество копий генов с помощью микропипетки вводят в ядро сперматозоида, только что проникшего в яйцеклетку.

Затем эту яйцеклетку культивируют некоторое время в искусственной среде и имплантируют в матку животного, где завершается развитие зародыша. Опыт, проведенный на крысах по введению им генов гормона роста, привел к получению гигантизма у данных особей. Селекция с/х животных стоит перед новым, принципиально отличающимся от предыдущих, этапом развития. Предполагается пересадка животным «генных конструкций», связанных с механизмами регулирования обмена веществ и получением важнейших хозяйственно-полезных признаков.

Идет работа над получением трансгенной птицы. По результатом этой работы, возможно, будет движение вперед и по отношению к другим животным. Перспективна и пересадка животным генов интерферонов, которые позволят повысить устойчивость организма к широкому спектру вирусных инфекций. 3]Биотехнология и медицина — секция, которая продемонстрировала чудеса создания новых лекарственных средств, их доставки в цитоплазму или ядро клеток-мишеней с помощью нанотехнологий (использование липосом или наноразмерных макромолекуляр-ных соединений), получения противораковых препаратов, вакцин против отдельных видов рака, генной терапии. Заседания секции продолжались все 5 дней, и по объему представленной информации эта секция была самой обширной. Основные направления исследований: генно-инженерные препараты, ферменты и пептиды как лекарства и мишени, новые медицинские препараты, новые методы диагностики, противоопухолевая биотехнология, технологии скрининговых исследований, антибактериальные препараты, биотехнология и медицинская техника. В ГУ НИИ биомедицинской химии разработан не имеющий аналогов лекарственный препарат против гепатитов, в состав которого входят фосфолипидные наночастицы, обеспечивающие прохождение лекарственного препарата к пораженным клеткам через все барьеры организма. В Институте биологии гена РАН получены генно-модифицированные аденовирусы, вызывающие в организме человека продукцию терапевтических белков, оказывающих антинеопластический эффект при ряде онкогенных заболеваний.

Для генной терапии предлагается восстановление функций ингибированных су-прессоров опухолевого роста. Коллективом авторов Московской медицинской академии им. И. М. Сеченова и Медико-генетического научного центра МЗСР РФ разработаны методы использования молекулярно-генетических маркеров для ранней диагностики канцерогенеза. В Российском химико-технологическом университете им.

Д.И. Менделеева разработан иммуноферментный анализ иммуноглобулинов класса А, позволяющий проводить раннюю диагностику наркомании. На основе стабильных линий эмбриональных столовых клеток человека удалось разработать технологию контролируемой дифференцировки клеток для получения компонентов сетчатки глаза. Это чрезвычайно важно для практики, поскольку в настоящее время не существует медикаментозных методов лечения нейроэпителия сетчатки, а ее дегенеративные изменения наблюдаются у лиц старше 40 лет (Институт общей генетики им. Вавилова РАН).Биотехнология и окружающая среда — секция, на которой основное внимание было уделено природоохранным технологиям и биоконверсии различных отходов. «Гос

НИИсинтезбелок" предложил для переработки навозных стоков на биоорганическое удобрение установку для аэробной ферментации с помощью запатентованного штамма микроорганизмов. Установка позволяет переработать в год до 20 тыс. тонн навозных стоков с влажностью 92%, т. е. около 20 тонн в сутки.

В АО «Приосколье» и «ООО НТЦ БИО» построен и эксплуатируется крупнейший в России биополигон, способный перерабатывать 165 тыс. т в год пометной птичьей подстилки. В Российском химико-технологическом университете им. Д. И. Менделеева ведутся работы по защите среды от трудногид-ролизуемых растительных отходов за счет глубинного гетерофазного культивирования на них консорциума микроорганизмов.

Институт катализа СО РАН предлагает переработку возобновляемого сырья (некондиционных крахмалсодержащих отходов) за счет микроорганизмов, продуцентов глюкоизомеразы в полноценный заменитель белого сахара. Ученые из Узбекистана сообщают о биоконверсии отработанной биомассы очистных вод жиркомбинатов в биотпливо с помощью селекционированных штаммов микроскопических грибов. Ими же изучены микроорганизмы различных физиологически групп, активных деструкторов нефти и нефтепродуктов. 8]Биотехнология и пищевые продукты. К самым древним биотехнологиям, дошедшим до наших дней, относится использование микроорганизмов для получения пива, вина, уксуса, хлеба, сыра и других молочных продуктов. Считается, что сыроделие и получение кисломолочных продуктов известно человечеству около 10 тыс. лет, а пивоварение, хлебопечение и виноделие насчитывают 5−6 тыс.

лет. Человек издавна стихийно стал использовать для биотехнологических процессов микроорганизмы, находящиеся в природе. Еще не зная о существовании микроорганизмов (они были открыты только 300 лет назад), человек научился искусству ферментации, т. е. превращению одних веществ в другие за счет действия ферментов микроорганизмов. Корни современной биотехнологии уходят в глубь веков и связаны именно с использованием свойств природных микроорганизмов.

Таким образам, биотехнология возникла в древности как технологический процесс, а ее научное обоснование появилось относительно недавно. В результате многовековой работы человеком были селекционированы наиболее подходящие по своим технологическим показателям виды и штаммы микроорганизмов, полученные из природы. После создания пищевых производств, в разных странах продолжалось использование природных штаммов микроорганизмов. Многие производства продолжают использовать их до сих пор. Большие успехи достигнуты в биотехнологии пищевых производств, основанных традиционно на физиологической активности микроорганизмов (хлебопечение, пивоварение, сыроделие, получение молочных продуктов). В настоящее время в ГНУ ВНИИ молочной промышленности проводится ДНК-генотипирование, молекулярно-генетическая идентификация и паспортизация стартовых культур молочнокислых бактерий, используемых в производстве заквасок для молочной промышленности. Это позволит выделить штаммы, соответствующие по геномным характеристикам международным стандартам, разработанным для производственных культур.

Особое внимание в обогащении пищевых продуктов уделено пробиотической микрофлоре и ее исследованию на наличие генов трансмиссивной антибиотикорезистентности. Эти гены, в случае их наличия, могут перейти к другим микроорганизмам, что может способствовать появлению новых устойчивых к антибиотикам штаммов патогенных микроорганизмов. Детально изучаются про-пионовокислые бактерии, обладающие антиоксидантной активностью и продуцирующие необходимые человеку витамины В12, фолиевую кислоту, аминокислоты, ферменты, летучие жирные кислоты. Большое значение в современной пищевой биотехнологии уделяется использованию не только микроорганизмов, но и их ферментов. Это легло в основу нового направления — ферментологии. Ферментами молочнокислых микроорганизмов обрабатывается мясо для ускорения процессов его созревания, микробными ферментами заменяют сычужный фермент телят при производстве сыра, микробные ферменты применяются при производстве пива, и т. д.

Практически нет ни одного раздела пищевой биотехнологии, где бы ни использовались ферменты. Используются и ферменты генномодифицированных микроорганизмов, полученные за счет интеграции генов одних видов бактерий в другие. Эти ферменты применяют в крахмалопаточных производствах (ферментный препарат из Bac. licheniformisс генами а-амилазы из B. stearothermophilus), а также в производстве этилового спирта для лучшего сбраживания крахмалистого сырья (чистая культура спиртовых дрожжей SaccharomycescerevisiaeY-1986 с геном а-амилазы из Bac.

licheniformis).Поражает масштабность исследований, проводимых в самых различных направлениях биотехнологии — от фундаментальных исследований по секвенированию геномов и перестройке генетического аппарата клеток до технологий получения продуктов питания, новых кормов, создания лекарств на основе нанотехнологий, охраны окружающей среды, биогеотехнологии, инноваций в финансировании биотехнологических проектов и др. [ 14]В связи с этим необходимо заблаговременно на этапе создания генетически модифицированных организмов (ГМО) в лаборатории, выявлять опасные для человека и окружающей среды генотипы и не допускать их выпуска из лаборатории для использования в производстве. Должны быть разработаны новые методики для своевременного выявления токсичных и аллергенных веществ у трансгенных объектов, охватывающие группы и классы соединений низкомолекулярной природы. Для создания ГМО специалисты отбирают известные, проверенные природные гены и их регуляторные генетические структуры. В связи с этим потребитель имеет право выбора: покупать ли генетически модифицированные помидоры из Голландии или дождаться, когда на рынке появятся местные томаты. Любой человек должен выбрать сам, согласен он есть генетически модифицированную пищу или нет. Заключение

Биотехнология является в настоящее время одним из приоритетных направлений науки, с которым связывают благосостояние всего человечества в обозримом будущем. Развитие биотехнологии определяется не только совершенствованием, повышением эффективности и автоматизацией биотехнологических процессов, в частности сбраживания с использованием микроорганизмов, но и разработкой совершенно новых процессов. Это такие отрасли, в которых биотехнология способна заменить традиционную технологию — в производстве пищевых приправ, полимеров, сырья для текстильной промышленности, этанола, биогаза, при длительном хранении продуктов, а также отрасли, в которых эта наука играет основную, ведущую роль. Прежде всего имеются в виду следующие области применения: повышение продуктивности сельскохозяйственных животных и растений и их устойчивости к патогенам (получение трансгенных растений, трансгенных животных, клонирование, отбор разновидностей растений на основе тканевых культур invitro и так далее); производство продуктов питания и кормов для животных (выращивание бактерий, водорослей, дрожжей для получения органических кислот, ферментов, витаминов, аминокислот, белков); фармацевтическая и ветеринарная биологическая промышленность (производство пробиотиков, вакцин, лечебно-профилактических сывороток, синтез гормонов, антибиотиков, интерферонов), а также уменьшение загрязнения окружающей среды (переработка отходов и побочных продуктов сельского хозяйства, промышленности, очистка сточныхвод).Из вышесказанного следует, что развитию биотехнологии способствуют многие обстоятельства, в том числе и глобального масштаба. С одной стороны, бурное развитие генетики, молекулярной биологии, опирающихся на достижения биохимии, биофизики позволяет более интенсивнее, а порой и необычно использовать потенциал живых организмов в интересах хозяйственной деятельности. С другой стороны, во всем мире наблюдается острая практическая потребность в новых технологиях, направленных ликвидировать нехватку продовольствия, минеральных невосполнимых ресурсов, а также улучшить состояние здравоохранения, ветеринарного дела и окружающей среды. Наука не стоит на месте, и будущее — за генной инженерией, но в любых экспериментах нужно соблюдать предельную осторожность. В системе контроля должны быть задействованы не только ведомства, призванные осуществлять контроль на государственном уровне, но и другие организации, в том числе и коммерческие. Таким образом, из всего вышесказанного следует, что значение биотехнологии состоит в возможности эффективного использования традиционных и разработке качественно новых подходов к решению проблем, связанных с человеческим здоровьем, питанием, охраной окружающей среды. Успехи современной биотехнологии очевидны, перспективы ее поистине неисчерпаемы. Сопоставляя уже полученные и ожидаемые результаты развития биотехнологии и биоинженерии как научного приоритета XXI в. с масштабами возможного риска и опасности отрицательных последствий, большинство ученых мира, работающих в этой области, уверенно заявляют о возможности научно обоснованного и безопасного развития этой области науки и производства.

Список литературы

Биотехнология. И. В. Тихонов, Е. А. Рубан, Т. Н. Грязнова и др. /

Под редакцией акад. РАСХН Е. С. Воронина. Спб.: ГИОРД, 2008. 704 с. Болодурина И. П., Мирошников С. А., Косткина О. С. Разработка подходов к оценке микроэлементного статуса человека на основе построения интегрального показателя токсической на-грузки//Вестник Оренбургского государственного университета. 2006. № 12. С.

40.Драгилев, А. И. Энергетическое, транспортное и санитарно-техническое оборудование пищевых предприятий. / А. И. Драгилев, В.С. Дроздов- М.: Колос, 1994. -

551 с Егорова Т. А., Клунова С. М., Живухина Е. А. Основы биотехнологии. М.: Издательский центр «Академия», 2006.

208 с. Егорова, Т. А. Основы биотехнологии. / Т. А. Егорова [и др.] - М.: ACADEMA, 2003. -

208 с. Елинов, Н. П. Основы биотехнологии. / Н. П. Елинов.

— Спб: Изд. Фирма «Наука», 1995. -

600 с. Калашникова Е. А. Клеточная инженерия растений./ Учебное пособие, РГАУ-МСХА, 2012, 318 с. Мирошников С. А., Хайнацкий В. Ю., Мазуровский Л. З. Стратегия развития отрасли мясного скотоводства Оренбургской области//Вестник мясного скотоводства. Оренбург, 2009. № 62(2). С. 3−14.Машкина О. С., Буторина А. К. Генетическая инженерия и биобезопасность. Воронеж:

ВГУ, 2005, 71 с. Павловская Н. Е., Голышкин Л. В., Голышкина Л. В. и др.

Введение

в сельскохозяйственную биотехнологию: Учебное пособие, Орел: Изд-во ОГСХА, 1998

Поляков А. В. Биотехнология в селекции льна. — М.:ВНИИО, — 2010. — 201 с. Прищеп Т. П., Чучалин В. С., Зайков К. Л. и др. Основы фармацевтической биотехнологии. Ростов-на-Дону:

Феникс, Томск:

изд-во НТЛ, 2006, 256 с. Рогов И. А., Антипова Л. В., Шуваева Г. П. Пищевая биотехнология. М.: «Колос», 2004.

440 с. Шевелуха В. С., Калашникова Е. А., Воронин Е. С. и др. Сельскохозяйственная биотехнология. — Учебник. М.: Высшая школа, 2008. — 469 с.