Биотехнология
Другие рефераты
ВВЕДЕНИЕ
С древних времен известны отдельные биотехнологические процессы,
используемые в различных сферах практической деятельности человека. К ним
относятся хлебопечение, виноделие, приготовление кисло-молочных продуктов и
т. д. Однако биологическая сущность этих процессов была выяснена лишь в XIX
в., благодаря работам Л. Пастера. В первой половине XX в. сфера приложения
биотехнологии пополнилась микробиологическим производством ацетона и
бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов, кормового белка.
Немаловажный вклад в биотехнологические разработки внесли советские
исследователи: в СССР в 30-е годы были построены первые заводы по получению
кормовых дрожжей на гидролизатах древесины, сельскохозяйственных отходах и
сульфитных щелоках, под руководством В. Н. Шапошникова успешно внедрена
технология микробиологического производства ацетона и бутанола. Большую
роль в создание основ отечественной биотехнологии внесло учение Шапошникова
о двухфазном характере брожения. В 1926 г. в СССР были исследованы
биоэнергетические закономерности окисления углеводородов микроорганизмами.
В последующие годы биотехнологические разработки широко использовались в
нашей стране для расширения «ассортимента» антибиотиков для медицины и
животноводства, ферментов, витаминов, ростовых веществ, пестицидов.
С момента создания в 1963 г. Всесоюзного научно-исследовательского
института биосинтеза белковых веществ в нашей стране налаживается
крупнотоннажное производство богатой белками биомассы микроорганизмов как
корма. В 1966 г. микробиологическая промышленность была выделена в
отдельную отрасль (Главное управление микробиологической промышленности при
Совете Министров СССР — Главмикробиопром). Имеются ценные разработки по
получению новых источников энергии биотехнологическим путем
(технологическая биоэнергетика), отметим большое значение биогаза -
заменителя топлива, получаемого из недр земли.
Значительные успехи, достигнутые во второй половине XX в. в фундаментальных
исследованиях в области биохимии, биоорганической химии и молекулярной
биологии, создали предпосылки для управления элементарными механизмами
жизнедеятельности клетки, что явилось мощным импульсом для развития
биотехнологии. Выяснение роли нуклеиновых кислот в передаче наследственной
информации, расшифровка генетического кода, раскрытие механизма индукции и
репрессии генов, совершенствование технологии культивирования
микроорганизмов, клеток и тканей растений и животных позволили разработать
методы
генетической и клеточной инженерии, с помощью которых можно искусственно
создавать новые формы высокопродуктивных организмов. Генетическая и
клеточная инженерия рассматривается как принципиально новое направление
биологической науки, которое сегодня ставят в один ряд с расщеплением
атома, преодолением земного притяжения и созданием средств электроники (Ю.
А. Овчинников, 1985).
В разработку генноинженерных методов советские исследователи включились в
1972 г. Следует указать на успешное осуществление проекта «Ревертаза» —
получение в промышленных масштабах обратной транскриптазы в СССР.
С 1970 г. в нашей стране ведутся интенсивные исследования по селекции
культур для непрерывного культивирования в промышленных целях.
Развитие методов для изучения структуры белков, выяснение механизмов
функционирования и регуляции активности ферментов открыли путь к
направленной модификации белков и привели к рождению инженерной
энзимологии. Иммобилизованные ферменты, обладающие высокой стабильностью,
становятся мощным инструментом для осуществления каталитических реакций в
различных отраслях промышленности.
Все эти достижения поставили биотехнологию на новый уровень, качественно
отличающийся от прежнего возможностью сознательно управлять клеточными
процессами. В современном звучании биотехнология — это промышленное
использование биологических процессов и агентов на основе получения
высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и
животных с заданными свойствами.
Биотехнология — междисциплинарная область научно-технического прогресса,
возникшая на стыке биологических, химических и технических наук.
Биотехнологический процесс включает ряд этапов: подготовку объекта, его
культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование продуктов.
Многоэтапность процесса обусловливает необходимость привлечения к его
осуществлению самых различных специалистов: генетиков и молекулярных
биологов, биохимиков и биооргаников, вирусологов, микробиологов и клеточных
физиологов, инженеров-технологов, конструкторов биотехнологического
оборудования и др.
В Комплексной программе научно-технического прогресса стран — членов СЭВ в
качестве первоочередных задач биотехнологии определены создание и широкое
народнохозяйственное освоение:
— новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов для
медицины (интерферонов, инсулина, гормонов роста человека, моноклональных
антител и т.д.), позволяющих осуществить в здравоохранении раннюю
диагностику и лечение тяжелых заболеваний — сердечно-сосудистых,
злокачественных, наследственных, инфекционных, в том числе вирусных;
— микробиологических средств защиты растений от болезней и вредителей,
бактериальных удобрений и регуляторов роста растений; новых
высокопродуктивных и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды
сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, полученных методами
генетической и клеточной инженерии;
— ценных кормовых добавок и биологически активных веществ (кормового белка,
аминокислот, ферментов, витаминов, ветеринарных препаратов и др.) для
повышения продуктивности животноводства; новых методов биоинженерии для
эффективной профилактики, диагностики и терапии основных болезней
сельскохозяйственных животных;
— новых технологий получения хозяйственно ценных продуктов для
использования в пищевой, химической, микробиологической и других отраслях
промышленности;
— технологий глубокой и эффективной переработки сельскохозяйственных,
промышленных и бытовых отходов, использования сточных вод и газовоздушных
выбросов для получения биогаза и высококачественных удобрений.
По оценкам специалистов, мировой рынок биотехнологической продукции уже к
середине 90-х годов достигнет уровня 130—150 млрд. руб. (Ю. А. Овчинников,
1985).
На пути решения поставленных задач биотехнологию подстерегают немалые
трудности, связанные с исключительной сложностью организации живого. Любой
биообъект — это целостная система, в которой нельзя изменить ни один из
элементов, не меняя остальных, нельзя произвольно перекомбинировать их,
придавая организму то или иное желаемое свойство, например бактерии —
способность к сверхсинтезу требуемой аминокислоты, сельскохозяйственному
растению — устойчивость к фитопатоген-ным грибкам. Любое воздействие на
объект вызывает не только желаемые, но и побочные эффекты; перестройка
генома сказывается сразу на многих признаках организма. У человека
существуют гены, отвечающие за злокачественное перерождение клеток.
Высказывалось немало идей о необходимости превентивных генетических
операций, пока не было установлено, что эти гены необходимы и для
нормального роста. Помимо этого, экосистема также представляет собой
целостную систему и изменения каждого из ее компонентов сказываются на
остальных компонентах. Не исключено, что плазмида, с помощью которой
трансплантирован желаемый ген культурному растению, будет далее
передаваться сорнякам. Не будет ли в результате генных манипуляций
превращаться в сорняк само культурное растение?
Успехи, достигнутые в области генетической и клеточной инженерии на
простейших биологических системах, прокариотных организмах, вселяют
уверенность в преодолимость рассмотренных трудностей. Что касается более
сложных систем, а именно эукариотных организмов, то здесь делаются лишь
первые шаги, идет накопление фундаментальных знаний.
БИОТЕХНОЛОГИЯ НА СЛУЖБЕ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА, ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И НАУКИ
Биотехнологические разработки могут внести немаловажный вклад в решение
комплексных проблем народного хозяйства, здравоохранения и науки.
Для удовлетворения пищевых потребностей необходимо увеличить эффективность
растениеводства и животноводства. Именно на это, в первую очередь, нацелены
усилия биотехнологов. Кроме того, биотехнология предлагает как источник
кормового (возможно, и пищевого) белка клеточную массу бактерий, грибов и
водорослей.
Во-вторых, повышение цен на традиционные источники энергии (нефть,
природный газ, уголь) и угроза исчерпания их запасов побудили человечество
обратиться к альтернативным путям получения энергии. Биотехнология может
дать ценные возобновляемые энергетические источники: спирты, биогенные
углеводороды, водород. Эти экологически чистые виды топлива можно получать
путем биоконверсии отходов промышленного и сельскохозяйственного
производства.
В-третьих, уже в наши дни биотехнология оказывает реальную помощь
здравоохранению. Нет сомнений в терапевтической ценности инсулина, гормона
роста, интерферонов, факторов свертывания крови и иммунной системы,
тромболитических ферментов, изготовленных биотехнологическим путем. Помимо
получе ния лечебных средств, биотехнология позволяет проводить раннюю
диагностику инфекционных заболеваний и злокачественных новообразований на
основе применения препаратов антигенов, моноклональных антител, ДНК/РНК-
проб. С помощью новых вакцинных препаратов возможно предупреждение
инфекционных болезней.
В-четвертых, биотехнология может резко ограничить масштабы загрязнения
нашей планеты промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми отходами,
токсичными компонентами автомобильных выхлопов и т. д. Современные
разработки нацелены
на создание безотходных технологий, на получение легко разрушаемых
полимеров (в частности, биогенного происхождения: поли-?-оксибутирата,
поли
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
