ВВЕДЕНИЕ В ПРЕДМЕТ «БИОТЕХНОЛОГИЯ»

Введение. Научные основы биотехнологии

Общепризнано, что содержанием биотехнологии является использование достижений фундаментальных биологических наук в практических целях. Четверть века назад Европейская федерация по биотехнологии выдвинула следующий тезис: «Биотехнология - применение биологических систем и процессов в промышленности и сфере услуг», не подчеркнув научное содержание биотехнологии; кроме того, слишком широким представляется понятие «сфера услуг». На одном из конгрессов 10 лег спустя было дано более подробное определение: «Биотехнология - это наука об основах реализации процессов получения с помощью биокатализаторов разных продуктов и об использовании таких процессов при защите окружающей среды», все же неоправданно сужающее ее возможности.

В некоторых учебных пособиях биотехнология трактуется как «направление научно-технического прогресса, использующее биологические процессы и агенты для целенаправленного воздействия на природу, а также в интересах промышленного получения полезных для человека продуктов, в частности лекарственных средств».

Из этого и предыдущих определений следует, что биотехнология - и наука, и сфера производства. Она включает разделы энзимологии, промышленной микробиологии, прикладной биохимии, медицинской микробиологии и биохимии, а также разделы, связанные с конструированием заводского оборудования и созданием специализированных поточных линий.

В современных условиях нередко наблюдается тесное переплетение биотехнологии и биоорганической химии. Так, при получении многих лекарственных веществ используются перемежающиеся этапы био- и органического синтеза с последующей трансформацией целевых продуктов, осуществляемой биологическим или химическим методом.

При обсуждении перспектив биотехнологии и ее стратегических целей все чаще подчеркивается ее связь с молекулярной биологией и молекулярной генетикой. Широкое распространение получило понятие молекулярной биотехнологии как научной дисциплины, уже в основном сформировавшейся на стыке технологии рекомбинантной ДНК (генетическая или генная инженерия) и традиционных биологических дисциплин, в первую очередь микробиологии, что объясняется техническими причинами более легкого оперирования микробными клетками. Ведется конструирование новых продуцентов биологически активных веществ с помощью технологии рекомбинантной ДНК.

В настоящее время развивается и такая область молекулярной генетики, как геномика, основная цель которой - полное познание генома, г.е. совокупности всех генов любой клетки, включая клетки человека. Путем секвенирования - установления полной последовательности нуклеотидов в каждом без исключения гене создается своеобразное «досье», отражающее не только видовые, но и индивидуальные особенности организма.

Использование научных достижений и практические успехи биотехнологии обеспечиваются фундаментальными исследованиями и реализуются на самом высоком уровне современной науки. В этом плане нельзя не отметить удивительную научную многоликость биотехнологии: ее развитие и достижения связаны и зависят от комплекса знаний не только наук биологического профиля, но также и многих других.

Биологические технологии (биотехнологии) обеспечивают управляемое получение полезных продуктов для различных сфер человеческой деятельности. Эти технологии базируются на использовании каталитического потенциала различных биологических агентов и систем - микроорганизмов, вирусов, растительных и животных клеток и тканей, а также внеклеточных веществ и компонентов клеток.

В настоящее время разработка и освоение биотехнологии занимают важное место в деятельности практически всех стран. Достижение превосходства в биотехнологии является одной из центральных задач в экономической политике развитых стран. Лидерами биотехнологии считаются сегодня США и Япония, накопившие многолетний опыт биотехнологий для сельского хозяйства, фармацевтической, пищевой и химической промышленности. Прочное положение в производстве ферментных препаратов, аминокислот, белка, медикаментов занимают страны Западной Европы (Франция, Великобритания), а также Россия.

Эти страны характеризуются мощным потенциалом новой техники и технологии, интенсивными фундаментальными и прикладными исследованиями в различных областях биотехнологии. Определить сегодня, что же такое биотехнология, весьма не просто. Вместе с тем само появление этого термина в нашем словаре глубоко символично. Оно отражает мнение, что применение биотехнологических материалов и принципов в ближайшие годы радикально изменит многие отрасли промышленности и само человеческое общество. Интерес к этой науке и темпы ее развития в последние годы растут очень быстро.

Человек использовал биотехнологию многие тысячи лет: люди занимались пивоварением, пекли хлеб, получали кисломолочные продукты, применяли ферментации для получения лекарственных веществ и переработки отходов. Но только новейшие методы биотехнологии, включая методы генетической инженерии, основанные на работе с рекомбинантными ДНК, привели к «биотехнологическому буму», свидетелями которого являемся мы в настоящее время. Новейшие технологии генетической инженерии позволяют существенно усовершенствовать традиционные биотехнологические процессы, а также получать принципиально новыми, ранее недоступными способами разнообразные ценные продукты (рис. 1.1).

Фундаментальные исследования механизмов функционирования биологических систем показали принципиальную возможность управления и конструирования новых биологических систем с заданными свойствами. В результате биологических исследований и технических разработок были созданы основы контроля биопроцессами в управляемых реакторных технологиях.

Новые технологии, основанные на использовании разнообразных высокоспецифичных свойств биологических систем, позволяют комплексно решать самые насущные и глобальные задачи, стоящие перед человечеством:

Применение ферментных препаратов для размягчения мяса

Рис. 1.1. Применение ферментных препаратов для размягчения мяса

Новые технологии, основанные на использовании разнообразных, высокоспецифичных свойств биологических систем позволяют комплексно решать самые насущные и глобальные задачи, стоящие перед человечеством:

  • - обеспечения пищевыми ресурсами - путем использования высокоэффективных технологий получения биомассы известного состава;
  • - охраны здоровья - путем разработки новых высокоэффективных диагностических тестов, новых лекарственных препаратов биологического происхождения, способов лечения и профилактики;
  • - обеспечения энергетическими ресурсами - путем получения энергии из быстро возобновляемых источников;
  • - восстановления и сохранения состояния окружающей среды - путем биологической утилизации отходов традиционных технологий и разработки безотходных технологий.

Кроме этих основных задач биологические технологии находят применение и при решении ряда более частных задач, в частности, в промышленности при извлечении из обедненных руд редких химических элементов, таких как золото, платина, серебро и др.

Однако разработка новых технологий еще не является гарантией решения этих глобальных задач. Успех может быть обеспечен только быстрым обменом технологиями между фундаментальной наукой и производством. Это в свою очередь потребует от человека перехода на новые стандарты жизни и, очевидно, выработать новую инвайронментальную идеологию. Новая парадигма природопользования должна быть основана на использовании современных биотехнологий, которые могут позволить добиться уменьшения антропогенной нагрузки на биоценозы и разработать коэволюционную систему выживания, г.е. совместной однонаправленной эволюции человека и окружающей среды.

В современной биотехнологии в соответствии со спецификой сфер ее применения целесообразно выделить в качестве самостоятельных разделов следующие:

  • - промышленная микробиология;
  • - медицинская биотехнология;
  • - технологическая биоэнергетика;
  • - сельскохозяйственная биотехнология;
  • - биогидрометаллургия;
  • - инженерная энзимология;
  • - клеточная и генетическая инженерия;
  • - экологическая биотехнология.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >