Термин «биотехнология» был введен в 1917 г. венгерским инженером Карлом Эреки при описании процесса крупномасштабного выращивания свиней с использованием в качестве корма сахарной свеклы. По определению Эреки, биотехнология — это «все виды работ, при которых из сырьевых материалов с помощью живых организмов производятся те или иные продукты».
Однако этот термин в те годы не получил широкого распространения. Только в 1961 г. к нему вновь вернулись после того как шведский микробиолог Карл Герен Хеден порекомендовал изменить название научного журнала «Journal of Microbiological and Biochemical Engineering and Technology» (Журнал микробиологической и химической инженерии и технологии), специализирующегося на публикации работ по прикладной микробиологии и промышленной ферментации, на «Biotechnology and Bioengineering» (Биотехнология и биоинженерия). С этого момента биотехнология оказалась четко и необратимо связана с исследованиями в области «промышленного производства товаров и услуг при участии живых организмов, биологических систем и процессов».
Понятие биотехнология может быть представлено многими определениями:
— использование биологических объектов, систем или процессов для производства необходимых продуктов или для нужд сервисной индустрии;
— комплексное применение биохимических, микробиологических и инженерных знаний с целью промышленного использования потенциальных возможностей микроорганизмов, культур клеток и отдельных их компонентов или систем;
— технологическое использование биологических явлений для воспроизводства и получения (изготовления) различных типов полезных продуктов;
— приложение научных и инженерных принципов для обработки материалов биологическими агентами с целью получения необходимых продуктов или создания сервисных технологий.
Биотехнология — это технологические процессы с использованием биологических систем: живых организмов и компонентов живой клетки. Системы могут быть самые разные — от микробов и бактерий до ферментов и генов. Биотехнология — это производство, основанное на последних достижениях современной науки: генной инженерии, молекулярной диагностики, селекционной генетики, микробиологии, химии антибиотиков.
Методами биотехнологии производят генно-инженерные белки (интерфероны, инсулин, вакцины против гепатита и т. п.), ферменты для фармацевтической промышленности, диагностических средств для клинических исследований (тест-системы на наркотики, лекарства, гормоны и т. п.), витамины, биоразлагаемые пластмассы, антибиотики, биосовместимые материалы. Ферментные препараты находят широкое применение в производстве пива, спирта, стиральных порошков, в текстильной и кожевенной промышленности. Особая роль отводится сельскохозяйственной биотехнологии — создание и культивация трансгенных растений, микробиологический синтез средств защиты растений, производство кормов и ферментов для кормопроизводства. Для России особенно актуальны такие направления, как ресурсная биотехнология — использование биосистем для разработки полезных ископаемых и биотехнологическая (с использованием бактериальных штаммов) переработка промышленных и бытовых отходов, очистка сточных вод, обеззараживание воздуха.
Объектами биотехнологии являются самые разнообразные биологические системы: микроорганизмы, клеточные линии насекомых, растений и млекопитающих, вирусы насекомых, растений и млекопитающих, многоклеточные организмы (растения, мыши, домашние животные и т. д.) — выбор системы зависит от целей эксперимента. Характер биологической системы исключительно важен для биотехнологического процесса. Во многих случаях именно генетически модифицированная самовоспроизводящая биологическая единица — микроорганизм, вирус, растение или животное — является конечным коммерческим продуктом.
В настоящее время существуют следующие основные типы биопроцессов:
— производство биомассы (например, белок одноклеточных);
— производство клеточных компонентов (ферменты, нуклеиновые кислоты и др.);
— производство метаболитов (химические продукты метаболической активности, включая первичные метаболиты, такие как этанол, молочная кислота и пр.);
— производство вторичных метаболитов;
— односубстратные конверсии (превращение глюкозы во фруктозу)
— многосубстратные конверсии (обработка сточных вод, утилизация лигноцеллюлозных отходов).
