Биотехнология

Биотехнология (от греч. bios — жизнь, techne — искусство, мастерство, logos — слово, учение) — это совокупность промышленных методов, которые применяют для производства различных веществ с использованием живых организмов, биологических процессов или явлений. Сам термин «биотехнология» появился в 70-х годах XX века.

Но на самом деле биотехнологические принципы человек разработал уже давно. Использование микроорганизмов для выпечки хлеба, изготовления сыра и других молочных продуктов, виноделия, пивоварения продолжается уже не одну тысячу лет (рис. 55.1). Просто люди раньше не знали, что все эти процессы осуществляют микроорганизмы.

Биотехнологию условно разделяют на два раздела — традиционная и современная.

Традиционная биотехнология

Традиционная биотехнология основана на явлении ферментации — использовании в производственных процессах ферментов микроорганизмов. Именно на этом явлении основано производство хлеба, пива, вина, кисломолочных продуктов, уксуса. Результатом деятельности микроорганизмов являются такие продукты, как кефир, ряженка, йогурты, кумыс. Без процесса ферментации невозможно, например, изготовить сыр.

Рис. 55.1. Продукты, полученные методами биотехнологии

Хищное насекомое

Паразитические грибы

Рис. 55.2. Биологические методы защиты растений

В этой отрасли используют микроскопические грибы и бактерии. Это пекарские дрожжи (для изготовления хлеба), аспергиллы (для изготовления сыров), термофильные стрептококки и болгарская молочная палочка (для изготовления йогуртов и других кисломолочных продуктов), а также другие микроорганизмы.

Современное использование традиционных биотехнологий

Традиционные области применения микроорганизмов сейчас расширяются. С помощью микроорганизмов получают ряд лекарственных препаратов (например, препараты группы стероидов). Вся лимонная кислота, которая продается в наших магазинах, произведена микроорганизмами. Таким же способом получают и глутамат натрия, который является усилителем вкуса и широко применяется как пищевая добавка.

Живые организмы используются и как средство борьбы с вредителями и болезнями растений (рис. 55.2). Использование естественных возбудителей заболеваний у вредителей намного безопаснее, чем обработка ядохимикатами. Хотя у этого метода есть недостатки — медленное действие, например.

И еще одна новейшая отрасль — производство ферментов для бытовой химии. Каждый раз, когда вы покупаете, скажем, стиральный порошок с ферментами, вы пользуетесь продуктами биотехнологии.

Новые направления биотехнологии

Новые методы биотехнологии включают такие направления, как клеточная и генная инженерия. Они начали развиваться с 60-х годов XX века, когда была установлена роль ДНК в наследственности и раскрыты механизмы реализации наследственной информации.

Клеточная инженерия — это отрасль биотехнологии, которая разрабатывает и использует технологии культивирования клеток и тканей вне организма в искусственных условиях. Кроме того, в рамках клеточной инженерии разрабатывают и используют технологии гибридизации клеток.

Генетическая инженерия — это отрасль биотехнологии, которая разрабатывает и использует технологии выделения генов из организмов и отдельных клеток, их видоизменения и введение в другие клетки или организмы.

Клеточная инженерия

Существует несколько направлений практического использования технологий, разработанных в области клеточной инженерии.

Перспективные направления технологий клеточной инженерии

Одним из направлений клеточной инженерии является клонирование животных и растений. Клонирование растений, например, позволяет очень быстро размножать наиболее ценные особи растений. Особенно важно это при выращивании деревьев, так как значительно повышает скорость их размножения (рис. 55.4).

Рис. 55.3. Гибридома

Рис. 55.4. Клонирование растений

Рис. 55.5. Использование маркировки клеток организмов с помощью гена GFP

Генетическая инженерия

Суть генетической инженерии заключается в искусственном создании генов с нужными свойствами и введение их в соответствующую клетку. Перенос гена осуществляет вектор (рекомбинантная ДНК) — специальная молекула ДНК, сконструированная на основе ДНК вирусов или плазмид, которая содержит нужный ген, транспортирует его в клетку и обеспечивает его встраивание в генетический аппарат клетки.

Для маркировки определенных клеток организмов в молекулярно-генетических исследованиях используют ген GFP, выделенный из медузы. Он обеспечивает синтез флуоресцентного белка, который светится в темноте (рис. 55.5).

Генетическая инженерия широко используется как в научных исследованиях, так и в новейших методах селекции.

Биотехнология — это совокупность промышленных методов, которые применяют для производства различных веществ с использованием живых организмов, биологических процессов или явлений. Традиционная биотехнология основана на явлении ферментации — использовании в производственных процессах ферментов микроорганизмов. Клеточная инженерия — это отрасль биотехнологии, которая разрабатывает и использует технологии культивирования клеток и тканей вне организма в искусственных условиях. Генетическая инженерия — это отрасль биотехнологии, которая разрабатывает и использует технологии выделения генов из организмов и отдельных клеток, их видоизменение и введение в другие клетки или организмы.