Успехи и перспективы биотехнологии

В современной биологии стали все чаще встречаться термины технических наук - «технология», «инженерия». Темпы и результативность биологических исследований значительно возросли, а практические возможности биологии стали поистине огромными. Науковеды даже высказывают мнение о вступлении человечества в эру биологии. В самом деле, биология - наука о живой природе, - долгое время носившая в основном описательный характер, накапливающая фактический материал и систематизирующая населяющие Землю живые организмы, стала экспериментальной. Она оказывает все большее влияние на развитие человеческого общества и его производительные силы.

БиотехнологияЭтому способствовали крупные открытия в биологии последних ста лет. Среди них выделяются эволюционное учение Ч. Дарвина, закон наследственности Г. Менделя, исследования процессов брожения и гниения Л. Пастера, теория иммунитета И. И. Мечникова, учение о высшей нервной деятельности И. П. Павлова, хромосомная теория Т. Моргана, закон гомологичных рядов наследственной изменчивости Н. И. Вавилова. Но наибольших успехов достигла биологическая наука в последнюю четверть века. Они связаны с выяснением биологических процессов внутри живой клетки, установлением природы вещества наследственности и раскрытием механизмов молекулярных взаимодействий структур клетки.

Появилось новое направление, названное физико-химической биологией, включающее основные достижения биохимии, биофизики, молекулярной биологии и генетики.

Познание молекулярных основ жизнедеятельности организмов привело к использованию биологических процессов и веществ в промышленных целях. Родилась новая отрасль - биотехнология, представляющая комплекс биологических знаний и технических средств для получения продуктов жизнедеятельности клеток. Началом биотехнологии можно считать исследования свойств микроорганизмов и разработку путей их использования Л. Пастером в середине XIX в. Но корни биотехнологии были заложены гораздо раньше. Выпечь вкусный хлеб можно с помощью дрожжей, в получении кислого молока, квашеных овощей принимают участие молочнокислые бактерии. Микроорганизмы не только используются в пищевой промышленности - они дают возможность получать глицерин, ацетон, бутиловый спирт, витамины. Новым этапом в микробиологической промышленности стало производство антибиотиков. Наконец, микроорганизмы стали использовать для наработки в производственных условиях вакцин, лечебных гормонов, белкового корма, незаменимых для питания человека и кормления животных аминокислот.

Предсказывается третья сельскохозяйственная революция. Первая совершилась в период неолита, когда более 10 тыс. лет тому назад люди сменили кочевой образ жизни па оседлый и стали обрабатывать землю для выращивания растений - источника пищи. В начале XX в. произошла вторая, «химическая» революция, когда началось интенсивное применение удобрений и пестицидов. Развитие биотехнологии приведет к новому качественному изменению сельскохозяйственного производства. Появились возможности создать невиданные до сих пор растения и улучшить давно существующие. Получение растений с большим количеством пищевого белка позволит значительно сократить потребление мяса; выведение растений, способных поглощать азот из воздуха и превращать его в нитрат, сократит расход удобрений и приведет к уменьшению ущерба от их загрязнения; создание растений, выделяющих яды против насекомых, дает возможность отказаться от применения инсектицидов.

Развитие молекулярной биологии и генетики, выяснение структуры и функции нуклеиновых кислот и белков привело к качественно новому применению биологических организмов в производстве. Ученые вплотную подошли к решению важнейшей проблемы управления наследственностью на основе генетической инженерии. Настало время, когда биологи, подобно конструкторам новой техники, могут создавать живые организмы с заранее запланированными свойствами. Разработаны методы клеточной, хромосомной и генной инженерии, позволяющие видоизменять организмы воздействием на целые клетки, их ядра, хромосомы, участки хромосом, гены и части генов. Появилась возможность принципиально по-новому воплощать в жизнь задачи сельского хозяйства, медицины и микробиологической промышленности.

Ученые пока еще не научились визуально распознавать гены и тем более механически их выделять и встраивать в другие хромосомы. Нет еще возможности свободно манипулировать отдельными хромосомами. Но для этого успешно используются разработанные биохимические методы и различные приемы скрещивания организмов.

Сейчас возможности биотехнологии значительно расширились. Опираясь на современные открытия в биохимии, молекулярной биологии, генетике, микробиологии, она вносит существенный вклад в развитие сельскохозяйственного производства, микробиологической промышленности, медицины, в охрану окружающей среды, применение биологических источников для производства энергии. Основные направления биотехнологии - микробиологический синтез, культивирование и использование растительных и животных клеток, генетическая инженерия, прикладная энзимология (наука о белковых веществах клеток).

Микробная технология 

Микробиологический синтез белка

Микробиологические технологии для народного хозяйства

Клеточная технология

Клеточная селекция

Клетки, устойчивые к стрессовым факторам

Сомаклональные изменения в клетках