ЕКОЛОГІЧНІ АСПЕКТИ СУЧАСНОЇ БІОТЕХНОЛОГІЇ
О.В. Мосін
Сучасна біотехнологія далеко пішла від тієї науки про живої матерії, яка зародилася в середині минулого століття. Успіхи молекулярної біології, генетики, цитології, а також хімії, біохімії, біофізики, електроніки дозволили отримати нові відомості про процеси життєдіяльності мікроорганіз мов. Швидке зростання чисельності населення нашої планети і збільшення споживання природних ресурсів при постійному зменшенні площ агросфери - головного джерела харчування, корму і сировини для переробної промисловості - вже більше не дозволяють розвивати вітчизняну економіку старими радянськими методами . При цьому істотна роль у цьому процесі повинна приділятися екології. Але вже сьогодні очевидно, що необхідно збільшувати продуктивність як агросфери, так і техносфери.
І хоча сьогодні ми спостерігаємо невиправдані захоплення у зв'язку з настанням науково-технічної революції і ностальгію за минаючої епосі з її екстенсивними методами виробництва. Безсумнівно те, що науковий прогрес в сукупності з екологічним мисленням є основою розвитку людського суспільства.
ПЕРЕДМОВА
Серед вчених немає єдиної точного визначення поняття В«біотехнологіяВ». Можна сказати, що біотехнологія вивчає методи отримання корисних для людини речовин та продуктів в керованих умовах, використовуючи мікроорганізми, клітини тварин і рослин або ізольовані з клітин біологічні структури. Біотехнологія дозволила управляти клітинним біосинтезом мікроорганізмів, але біотехнологія - поняття більш широке, ніж мікробний синтез, оскільки використовуються не тільки мікроорганізми, але й культури рослинних і тваринних тканин, протопласти, клітинні ферменти і будь-які біологічні системи, здатні до біосинтезу або біоконверсії.
У біотехнології широко використовуються генетична та клітинна інженерія, культивування тканин багатоклітинних організмів, імунокорекція, маніпуляція з статевими клітинами та ін Тісно пов'язана з біотехнологією біоінженерія. Її завдання - створення біореакторів, аеруючими пристроїв, обладнання для стерилізації живильних середовищ і повітря, розробка контрольної та вимірювальної апаратури, а також масштабування і моделювання біотехнологічних процесів. Біотехнологія також пов'язана з такими науками, як фізіологія мікроорганізмів, рослин і тварин, цитологія, біохімія, генетика, біофізика, молекулярна біологія.
Сьогодні численні біотехнологічні процеси широко використовуються у вітчизняній харчової промисловості. З їх допомогою вдається збільшити продуктивність сільського господарства. З розвитком біотехнології піднялася на новий рівень фармацевтична промисловість, зростає роль біотехнології в захисті навколишнього середовища. Біотехнологія вторгається в металургію і гірничодобувну промисловість, видобуток нафти, розвивається нова галузь - біогеотехнологія.
Сама біотехнологія виникла в процесі розвитку технічної мікробіології. Люди користувалися одноклітинними мікроорганізмами давно, навіть не підозрюючи про їх існування, хоча таємничі процеси бродіння і незрозуміла ферментативна активність природних субстратів привертали увагу хіміків ще в XVIII столітті.
Наприклад, здатність дріжджів утворювати спирт в сахарсодержащіх розчинах знали шумери і вавілонци за 6 тис. років до н. е.. Єгиптяни почали застосовувати дріжджі для випічки хліба в четвертому тисячолітті до н. е..
Знайомство людей з мікросвітом, а також усвідомлення незамінності мікроорганізмів в саморегулюючих механізмах біосфери стали можливі завдяки відкриттям Л. Пастера. У процесі вивчення мікроорганізмів змінилися наші уявлення про сутність живих організмів, про виникненні та еволюції життя на Землі, про кругообігу речовин в біосфері і про причини виникнення інфекційних захворювань. Після відкриттів Л. Пастера пішли нові видатні відкриття, на основі яких мікроорганізми стали свідомо застосовувати для виробництва ряду важливих продуктів. Були створені методи профілактики і лікування живих організмів.
На Третьому з'їзді Європейської асоціації біотехнологів (Мюнхен, 1984 р.) голландський вчений Е. Хаувінк розділив історію біотехнології на п'ять періодів, або ер.
Допастеровская ера Використання спиртового і молочнокислого блукаю-
( до 1865 р.) ня при отриманні пива, вина, хлібопекарських і пів-
них дріжджів, сиру. Отримання ферментованих продуктів і оцту
Послепастеровская ера Виробництво етанолу, бутанолу, ацетону, гліцерил-
(1866-1940 рр..) ла, органічних кислот і вакцин. Аеробна очистка
каналізаційних вод. Виробництво кормових дріжджів із вуглеводів
Ера антибіотиків Виробництво пеніциліну та інших антибіотиків
{1941 - 1960 рр..) шляхом глибинної ферментації. Культивування рас-
тітельних клітин і отримання вірусних вакцин. Мікробіологічна трансформація стероїдів
Ера керованого біосін - Виробництво амінокислот за допомогою мікробних
теза (1961 - 1975 рр..) мутантів. Отримання чистих ферментів. Промисло-
ленне використання іммобілізованих ферментів і клітин. Анаеробна очищення каналізаційних вод і отримання біогазу. Виробництво бактеріальних полісахаридів
Ера нової біотехнології Використання генної та клітинної інженерії в це-
(після 1975 р.) лях отримання агентів біосинтезу. Отримання гиб-
рідов, моноклональних антитіл, гібридів з протопластів і меристемних культур. Трансплантація ембріонів
У XX столітті вченим вдалося розшифрувати багато таємниці природи, встановити біохімічну і фізико-хімічну сутність життєвих процесів. Освоєння нових біологічних методів визначає розвиток інших наук. У біотехнології поряд з мікробіологами, біохіміками працюють вірусологи, генетики, цитологи, біофізики, електронщики, автоматники, кібернетики.
Нова біотехнологія почалася після відкриття Дж. Уотсоном і Ф. Криком будови генетичного матеріалу - ДНК-Головним об'єктом досліджень до цих пір залишається жива клітина, але центральне місце в біотехнологічних експериментах займають, мабуть, маніпуляції з ДНК. Користуючись методами генетичної інженерії, створюють штучні, заздалегідь запрограмовані генетичні структури у вигляді рекомбінантних молекул ДНК, здійснюють трансплантацію генів між різними видами мікробних клітин, а також між клітинами одноклітинних і багатоклітинних організмів. Пильна увага сучасних дослідників привертають біологічні мембрани. Створена теорія хемоосмотіческой циркуляції протонів в біологічних мембранах.
Вельми різноманітні біотехнологічні маніпуляції з клітинними структурами і протопластів. Наприклад, у результаті штучного злиття лімфоцитів і меланомной клітин (різновид пухлини) отримані гібридоми, які синтезують моноклональні антитіла, що мають важливе значення в імунологічних реакціях. Вчення про моноклональних антитіл - важливий розділ сучасної біотехнології.
У 1972 р. Дж. Едельманом, Р. Портером встановлений хімічний склад антитіл - важливого чинника імунологічної системи людини і тварин. У 1975 р. шляхом гібридизації соматичних клітин отримані гібридоми, секретирующие моноклональні антитіла.
До числа останніх досягнень біотехнології можна віднести розроблені А. С. Спіріним основи безклітинного синтезу білка в протоці, створення нових генно-інженерних сортів рослин і тварин, клонування тварин.
Подальший прогрес людства пов'язують з широким застосуванням у всіх сферах життя біотехнології. У промислово розвинених країнах обсяг випуску хімічних речовин, отриманий мікробним синтезом, становить 8-10% всієї хімічної продукції.
Продукти біотехнологічної промисловості можна умовн...
