Биотехнология достижения и перспективы развития

Биотехнология — сравнительно молодая наука, которая возникла на стыке разных технических, химических и биологических дисциплин.

Термин «биотехнология» впервые применил в 1917 г. венгерский инженер Карл Эреки. По предположению ученого, термин обозначал «все виды работ, при которых из сырьевых материалов с помощью живых организмов производятся те или иные продукты».

Это определение точно описывало смысл биотехнологии, но в ученом мире не нашло широкого применения. Сегодня чаще всего используется другое объяснение термина. Оно сложилось из понятий «био» — жизнь, «техно» -мастерство и «логос» — наука. Таким образом, биотехнология — это использование живых клеток и биологических процессов для получения необходимых человеку веществ.

Биотехнология имеет два направления: генная и клеточная инженерия.

 Оба направления имеют практическое значение в микробиологической промышленности для синтеза биологически активных веществ.

Генная инженерия — это совокупность методов, которые позволяют переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Методом генной инженерии является создание гибридной, или рекомбинантной дезоксирибонуклеиновой кислоты. Для этого делают сложную манипуляцию, при которой ДНК одного организма вводят в клетки другого. Очень часто гены высших организмов вносят в бактериальную клетку. Но перед этим ген, предназначенный к переносу, вводят в кольцевую молекулу ДНК и сращивают с ней. Сращивание осуществляется с помощью ферментов. Получается гибридная ДНК, которая затем переносится в клетку бактерии, и там уже ведет себя,  как хромосома. Новый ген в гибридной ДНК перед делением клетки удваивается вместе с бактериальной ДНК, а сама бактерия получает возможность вырабатывать белок, который кодируется ее новой ДНК.

С помощью этого метода генные инженеры получают гормон инсулин для лечения больных сахарным диабетом. Так же получают белок интерферон, который помогает справиться со многими вирусными инфекциями.

Важным достижением является получение гормона роста человека. Ген, который отвечает за выработку  гормона роста, переносят в бактерию таким образом, чтобы она была способна производить человеческий гормон роста. Многие из этих веществ раньше было получить сложно. Для этого делали вытяжку из клеток человека. В середине 80-х годов XX в. методы генной инженерии позволили ввести в клетки бактерий три гена человека. Эти гены отвечали за синтез интерферона. Это дало возможность  организовать промышленное производство, выпускать интерферон в больших количествах.  Таким же образом получили и другие необходимые человеку биологические вещества, например белки для лечения генетических болезней.

Генная инженерия позволила получить в лабораториях разные виды генов, отвечающие за синтез белков мышей, кроликов, свиней, крупного рогатого скота. Теперь можно создавать штаммы бактерий, которые производят многие биологически активные вещества. Новая технология способствует развитию новых способов диагностики и лечения различных заболеваний.

Генная инженерия применяется и в сельском хозяйстве. Она направлена на создание новых генетически модифицированных сортов культурных растений.

При внесении новых генов организм приобретает новые признаки, так как новые гены изменяют химическую структуру ДНК. В результате в клетке синтезируется новый белок, а значит, появляются новые свойства. Такие организмы с новыми признаками называют генетически модифицированными.

К таким генетически модифицированным организмам относят томаты, которые легко переносят заморозки. Кроме того, такие томаты легко транспортировать. Они способны месяцами лежать в недоспелом виде при температуре 12 градусов. Но как только такой томат помещают в тепло, он за несколько часов становится спелым. Получена устойчивая к воздействию пестицидов кукуруза и другие культурные растения, которые способны противостоять воздействию более десятка вирусных инфекций.

Другая важная задача генной инженерии связана с защитой растений от насекомых. Определенные гены были встроены в  клетки картофеля, томатов и хлопчатника, в результате томат и картофель стали устойчивы к колорадскому жуку, а хлопковая совка перестала уничтожать посевы хлопчатника.

 С каждым годом становится все больше растений, к которым применялись методы генной инженерии. Примерами могут быть яблони, виноград, сливы, капуста, баклажаны, огурцы, пшеница, рис, соя, рожь.

Самым популярным генетически модифицированным растением  в мире является соя. Частый объект генетической модификации — рапс масличный. Рапсовое масло используется для производства биотоплива, получения растительного белка и кормов для животных. Генные инженеры ставят задачу получить новые сорта рапса с высокой урожайностью и повышенной масличностью.

Биотехнология располагает и еще одним методом — это клеточная инженерия.

Клеточная инженерия является методом конструирования клеток нового типа путем гибридизации их содержимого. При гибридизации искусственно объединяют целые клетки разных организмов, создают новый гибридный геном. Также путем манипуляций создают новую жизнеспособную клетку из отдельных фрагментов разных клеток: используют ядро, цитоплазму, митохондрии, мембраны.

Этот метод позволяет быстро получать много генетически разнообразного исходного материала для селекции. Результатом этих действий является увеличение урожайности картофеля, цитрусовых, плодово-ягодных культур. Можно выращивать как растительные, так и животные клетки, но из животных клеток нельзя вырастить целый организм, а из растений можно.

Особо следует сказать о клонировании. Клонирование — это метод биотехнологии, в результате которого получают генетически одинаковые особи. Клонирование обычно применяется как производство клеток или тканей с одинаковым наследственным материалом и признаками. Клонирование органов и тканей — это главная задача для медицины. Такие органы станут спасением для людей, которым нужна пересадка органа. Также клонирование поможет людям с тяжелыми генетическими болезнями. Если "больные" гены содержатся в хромосомах отца, то в яйцеклетку матери пересаживается ядро ее собственной соматической клетки, — и тогда появится ребенок без опасных генов, точная копия матери. Если эти гены содержатся в хромосомах матери, то в ее яйцеклетку будет помещено ядро соматической клетки отца, — появится здоровый ребенок, копия отца.

Еще один объект работы в биотехнологии -стволовые клетки. Стволовые клетки образуются на ранних стадиях развития зародыша и имеют уникальные особенности — они могут дифференцироваться. Ученые надеются с помощью этих клеток выращивать в лабораторных условиях сердечные, нервные, печеночные, иммунные клетки, а затем использовать их вместо донорских органов для лечения больных людей.  

Биотехнология — новое направление в науке, у нее большое будущее. В перспективе планируется создать промышленное производство продуктов питания, в первую очередь, белков и незаменимых аминокислот.

Необходимо найти генетические механизмы повышения плодородия почв, создать биологически активные вещества для сельского хозяйства.

 Думают генные инженеры и над проблемой создания лекарственных препаратов, которые повысят качество и продолжительность жизни людей.

Ученые работают над созданием новых биологических организмов для утилизации отходов и биологической очистки сточных вод.

 Просматриваются и перспективы развития генной инженерии в решении глобальных проблем человечества, связанных с загрязнением окружающей среды.