Эра новой биотехнологии (после 1975 г.).

Этот этап стал возможным после эпохального открытия Д. Уотсона и Ф. Крика строения молекулы ДНК. Главными объектами исследований становятся живая клетка и молекула ДНК. Важнейшим достижением биотехнологии является генетическая трансформация, перенос чужеродных донорских генов в клетки-реципиенты микроорганизмов, растений и животных, получение трансгенных организмов с новыми или усиленными свойствами и признаками. В 1983 г. было получено первое генно-модифицированное растение – табак. В 1988 г. был разработан метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). Работы с рекомбинантными молекулами ДНК позволили создать бактериальные штаммы-продуценты всех типов интерферонов, продуценты гормона роста человека и ряда животных, проинсулина человека и т.д. Не менее важное направление, сформировавшееся в эти годы, - получение гибридов, моноклональных антител, гибридов из протопластов и меристемных культур, трансплантация эмбрионов. Интенсивно развивается направление иммобилизации ферментов и клеток на специальных носителях, что обеспечивает их многократное использование.

В настоящее время в биотехнологии выделяют медико-фармацевтическое, продовольственное, сельскохозяйственное и экологическое направления. В соответствии с этим биотехнологию можно разделить на медицинскую, сельскохозяйственную, промышленную и экологическую.

Перспективы развития биотехнологии в различных отраслях:

- в промышленности (пищевая, фармацевтическая, химическая, нефтегазовая): использование биосинтеза и биотрансформации новых веществ на основе сконструированных методами генной инженерии штаммов бактерий и дрожжей с заданными свойствами;

- в сельском хозяйстве: разработка в области растениеводства трансгенных агрокультур, биологических средств защиты растений, бакудобрений и регуляторов роста, микробиологических методов рекультивирования почв; в области животноводства – получение вакцин и сывороток, создание эффективных кормовых препаратов из растительной, микробной биомассы и отходов сельского хозяйства, репродукция животных на основе эмбриогенетических методов;

- в медицине: разработка медицинских биопрепаратов, моноклональных антител, диагностикумов, вакцин, развитие иммунобиотехнологии;

- в экологии: разработка экологически безопасных технологий очистки сточных вод, утилизация отходов АПК, конструирование экосистем;

- в энергетике: применение новых источников биоэнергии, биоконверсия биомассы в биогаз и биотопливо.

Вопросы для самоконтроля

1. Место и роль биотехнологии как науки. Связь биотехнологии с другими науками.

2. Какие основные периоды можно выделить в развитии биотехнологии?

3. Охарактеризуйте допастеровский этап в развитии науки.

4. Каковы основные открытия и разработки послепастеровской эры в биотехнологии?

5. Эра антибиотиков. Каково значение этого этапа в развитии и становлении биотехнологии?

6. Каковы основные открытия «Эры управляемого биосинтеза»?

7. Каковы основные достижения биотехнологии на современном этапе.

8. Охарактеризуйте перспективы развития биотехнологии в настоящее время?

2. ЖИВАЯ КЛЕТКА – ОСНОВА БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Биотехнологические процессы основываются на функционировании клетки и изолированных из них биологических структур, чаще всего ферментов. Именно поэтому необходимо знать общие закономерности жизнедеятельности клетки, чтобы управлять ростом и метаболизмом биологических агентов и получать целевой продукт с максимальным выходом при высокой интенсивности процесса. Таким образом, биотехнология начинается с познания живой клетки и законов управления процессами жизнедеятельности.

Если рассматривать клетки растений и животных, то в общих чертах их строение одинаково. Однако со строго научной точки зрения четкая граница между растительными и другими живыми существами проходит на микроскопическом уровне (рис.2). К структурным элементам, общим для животной и растительной клеток, относятся мембраны, ядро, митохондрии, рибосомы, лизосомы, аппарат Гольджи, вакуоли и эндоплазматический ретикулум. Кроме того, в соответствии с современными представлениями можно выделить следующие структурные компоненты клетки:

1) мембранная система;

2) цитоплазматический матрикс;

3) клеточные органеллы;

4) клеточные включения.

Мембранная система представлена клеточной цитоплазматической мембраной, эндоплазматическим ретикулумом (сетью) и аппаратом Гольджи.