Этапы развития биотехнологии кратко

Обновлено: 02.07.2024

Биотехнология -дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.

Впервые термин "биотехнология" применил венг. инженер Карл Эреки в 1917 году. Отдельные элементы БТ появились давно. Это были попытки использовать в промышленном производстве отдельные кл. (м/о) и нек-рые ферменты, способствующие протеканию ряда хим. процессов. В 1814 г. петербург. академик К. С. Кирхгоф открыл явление биологич. катализа и пытался биокаталитич. путём получить сахар из доступного отеч. сырья (до сер. 19 в. сахар получали только из сах. тростника). В 1891 году в США япон. биохимик Дз. Такамине получил первый патент на использование ферментных препаратов в промышл. целях: учёный предложил применить диастазу для осахаривания растит. отходов. В начале XX века активно развивалась бродильная и микробиол. пром-сть. В эти же годы были предприняты первые попытки использовать ферменты в текстильной пром-ти. В 1916-1917 гг. рус. биохимик А. М. Коленев пытался разработать способ, кот. позволил бы управлять действием ферментов в природном сырье при производстве табака. А. Н. Бах и его ученики разработали множество рекомендаций по улучшению технологий обработки самого разл. биохим. сырья, совершенствованию технологий хлебопеч, пивовар, виноделия, производства чая и табака и т. п., а также рекомендации по повышению урожая культурных раст. путём управления протекающими в них биохим. процессами. Все эти исследования, а также прогресс хим. и микробиол. пром-ти и создание новых промышленных биохим. производств (чая, табака и т. п.) были важнейшими предпосылками возникновения современной БТ. В производственном отношении основой БТ в процессе её формирования стала микробиол. пром-ть. За послевоенные годы она приобрела новые черты: м/о стали использовать не только как средство повышения интенсивности биохим. процессов, но и как миниатюрные синтетические фабрики, способные синтезировать внутри своих клеток ценнейшие и сложнейшие хим. соедин. Перелом был связан с открытием и началом производства антибиотиков. Первый АБ - пенициллин - удалось выделить и очистить до приемлемого уровня в 1940 г, что дало новые задачи: поиск и налаживание промышл. производства лек. в-в, продуцируемых м/о, работа над удешевлением и повышением уровня биобезопасности новых лек. препаратов.

Связь биотехнологии с биологическими, химическими, техническими и другими науками.

Фундаментальные науки: - физиол. растений; (регенерация, гормоны, культуры клеток и тканей) - биохимия; - генетика и селекция; (андрогенез и мутагенез) - кибернетика; - информатика; - микробиология; (синтез АК, азотфиксаторы, векторы) - инженерная энзимология. Прикладные науки: - иммобилизованные кл и ферменты; - молекулярная биология; (структура генома, экспрессия генома) – БАВ

Трехкомпонентность современной биотехнологии.

Многие биотехнологические процессы могут рассматриваться как имеющие три главных компонента:

1) получение наиболее оптимальных катализаторов специфических процессов,

2) обеспечение по возможности оптимальных условийдля осуществления требуемого каталитического процесса,

3) отделение и очистка целевого продуктаили продуктов из ферментационной смеси.

В большинстве случаев наиболее эффективной, стабильной и удобной формой для катализа биотехнологических процессов являются цельные организмы, поэтому в биотехнологии широко используются микробиологические процессы.

Также используют высшие организмы (культуры растительных и животных клеток)

Практические задачи биотехнологии в области энергетики, медицины, сельского хозяйства, пищевой промышленности Медицина

Биологические средства защиты растений

На сегодняшний день методы генной инженерии позволили осуществить с помощью бактерий в промышленных количествах синтез таких лекарственных веществ как высокоспецифичные антитела, интерфероны, кальцитонин, адренокортикотропный гормон, тиреотропный гормон и ряд других.

На сегодняшний день клонировано более 500 генов различных белков человека, с использованием которых возможно можно будет получать лекарственные препараты.

В последнее время, с развитием технологий рекомбинантных ДНК, появилась возможность создать новое поколение вакцин.

1) Из патогенного микроорганизма искусственно убирают гены, ответственные за вирулентность. Способность вызывать иммунный ответ при этом сохраняется. Такой микроорганизм можно использовать в качестве живой вакцины.

2) Из патогенного организма выделяют гены, кодирующие белки, которые вызывают иммунный ответ. Эти гены вводят в клетки непатогенного организма (например, кишечной палочки). Такие бактерии вызывают иммунный ответ в организме человека или животного, но не вызывают заболевания.

Наиболее широко уже используются такие вакцины для животных, но появляются и вакцины для человека. В настоящее время налажено производство генно-инженерных вакцин против ряда вирусных и бактериальных заболеваний: ящура, бешенства, дизентерии, желтой лихорадки, ветряной оспы, гепатитов А и В, гриппа, энцефалита, гонореи, проказы, менингита, столбняка, туберкулеза, брюшного тифа. С помощью генно-инженерных подходов пытаются разработать вакцины даже против СПИДа.

Перспективные направления медицинской биотехнологии :

Снижение затрат на секвенирование генома для коммерциализации и широкого распространения этой услуги.

Ранняя диагностика заболеваний, в том числе выявление наследственной предрасположенности к болезням.

Определение индивидуальных генетически обусловленных особенностей реакции организма на лекарственные вещества (фармакогеномика).

Разработка методов лечения наследственных болезней.

Методы диагностики инфекционных и неинфекционных заболеваний (с помощью биочипов).

Сельское хозяйство

С помощью одноклеточных организмов пытаются решить проблему пищевых добавок и корма для животных.

В настоящее время в некоторых странах налажено производство белка одноклеточных организмов.

Для этого используют многие одноклеточные организмы – бактерии, дрожжи, грибы, водоросли.

Биомасса таких микроорганизмов может содержать биологически активные соединения: витамины группы В, β-каротин

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.004)

Последний специально отделяется от предыдущего, так как биотехнологи уже могут создавать и использовать в производстве неприродные организмы, полученные генно-инженерными методами.

1) Эмпирическая биотехнология неотделима от цивилизации, преимущественно как сфера производства (с древнейших времен — приготовление теста, получение молочнокислых продуктов, сыро-, виноделие, пивоварение, ферментация табака и чая, выделка кож и обработка растительных волокон). В течение тысячелетий человек применял в своих целях ферментативные процессы, не имея понятия ни о ферментах, ни о клетках с их видовой специфичностью и, тем более, генетическим аппаратом. Причем прогресс точных наук долгое время не влиял на технологические приемы, используемые в эмпирической биотехнологии.

2) Быстрое развитие биотехнологии как научной дисциплины с середины XIX в. было инициировано работами Л. Пастера (1822 — 1895).

Практическое значение этих исследований Л. Пастера сводится к требованию поддержания чистоты культуры, т.е. к проведению производственного процесса с индивидуальным, имеющим точные характеристики биообъектом.

Ослабленный патоген и животное, в организм которого он введен, могут рассматриваться как своеобразный биообъект, а получаемая вакцина - как биотехнологический препарат. Л. Пастер создал строго научные основы получения вакцин, тогда как замечательные достижения Э.Дженнера в борьбе с оспой были результатом освоения эмпирического опыта индийской медицины.

3) Современная биотехнология, основанная на достижениях молекулярной биологии, молекулярной генетики и биоорганической химии (на практическом воплощении этих достижений), выросла из биотехнологии Л.Пастера и, являясь также строго научной, отличается от последней прежде всего тем, что способна создавать и использовать в производстве неприродные биообъекты, что отражается как на производственном процессе в целом, так и на свойствах новых биотехнологических продуктов.

В 1980 г. Верховный суд США признал, что генно-инженерные микроорганизмы могут быть запатентованы, а развитие биотехнологических методов получило юридический статус.

В настоящее время интенсивно растет количество таких успешно применяемых в медицине биотехнологических продуктов, как рекомбинантные белки, вторичные метаболиты микроорганизмов и растений, а также полусинтетических лекарственных агентов, являющихся продуктами одновременно био- и оргсинтеза.

В последние годы родилась новая отрасль генетики - геномика, изучающая не отдельные гены, а целые геномы. Достижения молекулярной биологии и генной инженерии дали человеку возможность читать генетические тексты вначале вирусов, бактерий, дрожжевых грибков, многоклеточных животных. Например, знание геномной структуры патогенных бактерий очень важно при создании рационально сконструированных вакцин, для диагностики и других медицинских целей.

Апрель 2003 года ознаменовался сенсацией в биологии и медицине: Международный консорциум по составлению генетической карты человека (Центр геномного секвенирования: Вашингтонский университет и Сенгеровский центр в Кембридже) опубликовал заявление, что удалось полностью расшифровать геном человека. Титанический труд сотен исследователей из США, Великобритании, Германии, Франции, Японии и Китая занял более 10 лет и обошелся почти в 3 млрд долларов. При этом были разработаны высокоэффективные технологии и инструменты картирования, такие как коллекции клеток, в которых есть небольшие фрагменты каждой из хромосом или искусственные дрожжевые хромосомы, содержащие крупные фрагменты хромосом человека, бактериальные и фаговые векторы, позволяющие размножить (клонировать) фрагменты ДНК человека. Быстро прогрессировала техника секвенирования (например, многоканальный капиллярный электрофорез ускорил и удешевил расшифровку первичной структуры ДНК). Созданы компьютерные программы, позволяющие находить гены в расшифрованных участках ДНК.

3. История развития биотехнологии (даты, события).

1917 - введен термин биотехнология;

- произведен в промышленном масштабе пенициллин;

- показано, что генетический материал представляет собой ДНК;

1953 - установлена структура инсулина, расшифрована структура ДНК;

1961-1966 - расшифрован генетический код, оказавшийся универсальным для всех организмов;

1953 - 1976 - расшифрована структура ДНК, ее функции в сохранении и передаче организмом наследственной информации, способность ДНК организовываться в гены;

1963 - осуществлён синтез биополимеров по установленной структуре;

1970 - выделена первая рестрикционная эндонуклеаза;

- осуществлён синтез ДНК;

1972 - синтезирован полноразмерный ген транспортной РНК;

1975 - получены моноклональные антитела;

1976 - разработаны методы определения нуклеотидной последовательности ДНК;

- синтезированы фрагменты нуклеиновых кислот;

- разрешена к применению в Европе первая вакцина для животных, полученная по технологии рекомбинантных ДНК;

1983 - гибридные Ti - плазмиды применены для трансформации растений;

1994 - 1995 - опубликованы подробные генетические и физические карты хромосом человека;

1996 - ежегодный объем продаж первого рекомбинантного белка (эритропоэтина) превысил 1 млрд долларов;

1997 - клонировано млекопитающее из дифференцированной соматической клетки;

4. Новые технологии в биоформацевтике

Сегодня человечество совершенно справедливо полагает, что биотехнологические науки занимают приоритет в области современных высоких технологий. Сиквенирование геномов и валидация новых мишеней для действия лекарственных соединений является одним из перспективных направлений современной фармакологии. Учитывая, что появились новые принципиальные возможности для сиквенирования, встает вопрос о генетической паспортизации населения, когда каждому будет выдан его генетический паспорт, и человек будет решать проблемы своего здоровья. Важнейшим достижением прошлого века являются стволовые клетки, что стало возможным благодаря развитию всей эмбриологии и цитологии. Это позволило подойти к разработке путей создания искусственных органов, получать новые вещества, специфически влияющие на органы-мишени.

На современном этапе развития биотехнологии большое внимание уделяется разработке подходов к созданию новых процессов в медицинской биотехнологии. Это различные методы модификации микроорганизмов, растений и животных, в т.ч. культивирование растительных клеток как источника получения новых веществ; конструирование молекул, нанотехнологии, компьютерное моделирование, биокаталитическая трансформация веществ и т.д.

Так, например, существуют многочисленные разработки лекарственных препаратов, созданных на основе морских организмов. Использование морских природных соединений в качестве основы лекарств - весьма перспективный путь создания новых фармацевтических препаратов, особенно методами биотехнологии. Коллекция морских микроорганизмов ТИБОХ, из которых можно продуцировать биологически-активные соединения, содержит 800 штаммов бактерий, актиномицетов и грибов. Эти штаммы можно культивировать, что важно для решения проблемы сохранения биологического равновесия.

Таким образом, в получении лекарственных препаратов, производимых биотехнологическим способом, можно выделить как бы два пула — новые соединения, получаемые с помощью биотехнологических процессов, комбинаторной химии, и новые мишени, которые идентифицируются в процессе изучения геномов. Это дает возможность отбирать молекулы, обладающие новыми биологическими и физиологическими свойствами, которые и будут выполнять роль лекарств.

Прежде всего, обратимся к медицинской ветви биотехнологии. Рассматривая различные классы соединений, используемые в клинической практике, и получаемые методами биотехнологии, в первую очередь, необходимо назвать антибиотики - самый большой класс фармацевтических соединений, синтез которых осуществляется микробными клетками. К этому же классу относятся противогрибковые агенты, противоопухолевые лекарства и алкалоиды. Производство антибиотиков исчисляется тысячами тонн. Пенициллины, как известно, были выделены при выращивании грибов рода Penicillium. В 1945 г. из пробы морской воды была выделена плесень Cephalosporium acremonium, синтезирующую несколько антибиотиков; один из них, цефалоспорин С, оказался особенно эффективен против устойчивых к пенициллину грамположительных бактерий.

Из нескольких тысяч открытых антибиотиков львиная доля принадлежит актиномицетам. Среди актиномицетов наибольший вклад вносит род Streptomyces, один только вид Streptomyces griseus синтезирует более пятидесяти антибиотиков. Начиная с середины 1960-х гг. в связи с возросшей сложностью выделения эффективных антибиотиков и распространением устойчивости к наиболее широко применяемым соединениям у большого числа патогенных бактерий исследователи перешли от поиска новых антибиотиков к модификации структуры уже имеющихся. Они стремились повысить эффективность антибиотиков, найти защиту от инактивации ферментами устойчивых бактерий и улучшить фармакологические свойства препаратов. Антибиотики вырабатываются в результате совместного действия продуктов 10—30 генов, поэтому практически невозможно обнаружить отдельные спонтанные мутации, которые могли бы повысить выход антибиотика с нескольких миллиграммов на литр в штамме дикого типа до 20 г/л и более. Такие высокопродуктивные штаммы Penicillium chrysogenum или Streptomyces auerofaclens (продуценты пенициллина или тетрациклина) были получены в результате последовательных циклов мутагенеза и селекции. Определенные мутанты, так называемые идиотрофы, способны синтезировать только половину молекулы антибиотика, а среда должна быть обогащена другой ее половиной. Такая форма мутационного биосинтеза привела к открытию новых производных антибиотиков.

Число противоопухолевых веществ микробного происхождения довольно ограниченно. Блеомицин, выделенный из культур Streptomyces verticilliis, представляет собой гликопептид, который действует, разрывая ДНК опухолевых клеток и нарушая репликацию ДНК и РНК. Другая группа противоопухолевых агентов создана на основе комбинации аминогликозидной единицы и молекулы антрациклина. Недостатком обоих соединений является их потенциальная опасность для сердца.

Антибиотики используются грибами и актиномицетами в конкурентной борьбе в естественной среде обитания. Человек применил эти соединения для терапии инфекционных и онкологических заболеваний. Это явилось своеобразным толчком эволюционных преобразований в микробной среде, стали возникать устойчивые штаммы бактерий. В связи с этим вновь возникла проблема создания нового поколения более эффективных антибиотиков. В настоящее время протокол лечения инфекционной и хирургической патологии обязательно включает антибиотики. Но, имея неоспоримые преимущества, антибиотики оказывают на организм человека и негативное влияние: нарушается микрофлора желудочно-кишечного тракта, возможны осложнения в функционировании почек и печени, подавляется работа иммунной системы. Поэтому современные схемы лечения являются комплексными и направлены на поддержание адаптационных возможностей человека.

Другим важным классом лекарственных соединений являются генно инженерные ферменты, соответствующие ферментам человека. По сравнению с ферментами, которые получают из природного сырья, они обладают рядом преимуществ: низкой антигенностью, высокой специфичностью фармакологического действия, отсутствием контаминирующих инфекционных агентов. Генно-инженерные технологии позволяют легко увеличивать промышленное производство ферментов. Ферменты находят все более широкое применение как биокатализаторы в фармацевтическом производстве.

Направленная модификация с помощью методов генной инженерии открывает возможности трансформации структуры ферментов таким образом, что они приобретают качественно новые свойства. Так, особый интерес в мире сейчас представляет возможность перехода от пенициллинов к цефалоспоринам с помощью генно-инженерного фермента экспандазы, благодаря чему унифицируется биотехнологическая часть получения антибиотиков. Далее с помощью других биокаталитических процессов и совмещения их с химическими можно производить класс новых антибиотиков для борьбы с инфекциями.

Биокаталитические подходы открывают большое поле для различных вариантов построения новых фармацевтических процессов. В частности, использование генно-инженерных ферментов позволяет получить оптически активные изомеры соединений, которые составляют более 70% всех лекарств. При этом период окупаемости биокаталитических процессов значительно короче по сравнению с химическим синтезом, а по энергозатратам и капиталовложениям они тоже имеют большие перспективы. Техноинженерные ферменты широко используются для создания диагностических тест-систем в биохимическом, иммуноферментном и ДНК-анализах.

Биотехнология - это производственное использование биологических агентов или их систем для получения ценных продуктов и осуществления процессов различного назначения. В целом, биотехнология представляет собой систему приемов, позволяющих получать промышленным способом ценные продукты за счет использования процессов жизнедеятельности живых организмов.

В фармацевтической промышленности биотехнологии применяются для производства антибиотиков, иммунобиологических препаратов, генно-инженерных лечебно-профилактических препаратов, для производства энзимов, биологически активных веществ и других медицинских препаратов. Важным направлением биотехнологий в медицине является использование биотехнологий для реконструкции тканей и органов человека с использованием стволовых клеток.

Одним из перспективных направлений является использование нанотехнологий в медицинских целях, создание новых носителей и средств целевой доставки лекарственных препаратов.

Новые биологические технологии используются в диагностике и лечении сердечно-сосудистых, онкологических, аллергических и эндокринных заболеваниях.

Ежегодный прирост мирового рынка биотехнологической продукции составляет 7-10%. Уже сегодня использование биотехнологических разработок позволяет решать многие проблемы диагностики и лечения особо опасных заболеваний, недостаточного или несбалансированного питания, повышения качества питьевой воды, обеззараживания опасных для человека и окружающей среды отходов.

Характерен рост числа специализированных периодических изданий по биотехнологии, выпускаемых в разных странах, международных и региональных биотехнологических конгрессов и конференций.

3. Албертс Б., Брэй Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. М.: Мир, 1994 г., 444 с.

4. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. В 2-х томах. М.: Мир, 1989 г.

5. Биотехнология: Учебное пособие для ВУЗов /Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова.- М.: Высшая школа, 1987.

6. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов. М.: Элевар, 2000 г., 512 с.

7. Манаков М.Н., Победимский Д.Г. Теоретические основы технологии микробиологических производств. М.: Агропромиздат, 1990 г., 272 с.

8. Матвеев В.Е. Научные основы микробиологической технологии. М.: Агропромиздат, 1985 г., 224 с.

9. Основы фармацевтической биотехнологии: Учебное пособие / Т.П. Прищеп, В.С. Чучалин, К.Л. Зайков, Л.К. Михалева. – Ростов-на-Дону.: Феникс; Томск: Издательство НТЛ, 2006.

11. Щелкунов С.А. Генетическая инженерия. Ч.1. Новосибирск: НГУ, 1994г.

Раздел: Медицина, здоровье
Количество знаков с пробелами: 26379
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 0

За последние 20 лет биотехнология, благодаря своим специфическим преимуществам перед другими науками, совершила решительный прорыв на промышленный уровень, что в немалой степени обязано также развитию новых методов исследований и интенсификации процессов, открывших ранее неизвестные возможности в получении биопрепаратов, способов выделения, идентификации и очистки биологически активных веществ.

Биотехнология формировалась и эволюционировала по мере формирования и развития человеческого общества. Ее возникновение, становление и развитие условно можно подразделить на 4 периода.

1. Эмпирический период (от греч. еmperikos – опытный) или доисторический – самый длительный, охватывающий примерно 8000 лет, из которых более 6000 лет до н.э. и около 2000 лет н.э. Древние народы того времени интуитивно использовали приемы и способы изготовления хлеба, пива и некоторых других продуктов, которые теперь мы относим к разряду биотехнологических.

Известно, что шумеры – первые жители Месопотамии (на территории современного Ирака) создали цветущую в те времена цивилизацию. Они выпекали хлеб из кислого теста, владели искусством готовить пиво. Приобретенный опыт передавался из поколения в поколение, распространялся среди соседних народов (ассирийцев, вавилонян, египтян и древних индусов). В течение нескольких тысячелетий известен уксус, издревле приготавливавшийся в домашних условиях. Первая дистилляция в виноделии осуществлена в XII в.; водку из хлебных злаков впервые получили в XVI в.; шампанское известно с XVIII в.

К эмпирическому периоду относятся получение кисломолочных продуктов, квашеной капусты, медовых алкогольных напитков, силосование кормов.

Таким образом, народы исстари пользовались на практике биотехнологическими процессами, ничего не зная о микроорганизмах. Эмпиризм также был характерен и в практике использования полезных растений и животных.

В 1796 г. произошло важнейшее событие в биологии – Э. Дженнером были проведены первые в истории прививки человеку коровьей оспы.

2. Этиологический период (от греч. аitia – причина) в развитии биотехнологии охватывает вторую половину XIX в. И в первую треть ХХ в. (1856-1933 гг.). Он связан с выдающимися исследованиями великого французского ученого Л. Пастера (1822-1895) – основоположника научной микробиологии.

Пастер установил микробную природу брожения, доказал возможность жизни в бескислородных условиях, создал научные основы вакцинопрофилактики и др.

В этот же период творили его выдающиеся ученики, сотрудники и коллегм: Э.Дюкло, Э.Ру, Ш.Э.Шамберлан, И.И.Мечников; Р.Кох, Д.Листер, Г.Риккетс, Д.Ивановский и др.

В 1859 г. Л.Пастер приготовил жидкую питательную среду, Р.Кох в 1881 г. предложил метод культивирования бактерий на стерильных ломтиках картофеля и на агаризованных питательных средах. И, как следствие этого, удалось доказать индивидуальность микробов и получить их в чистых культурах. Более того, каждый вид мог быть размножен на питательных средах и использован в целях воспроизведения соответствующих процессов (бродильных, окислительных и др.).

Среди достижений 2-го периода особо стоит отметить следующие:

- 1856 – чешский монах Г.Мендель открыл законы доминирования признаков и ввел понятие единиц наследственности в виде дискретного фактора, который передается от родителей потомкам;

- 1883 – И.Мечников разработал теорию клеточного иммунитета;

- 1984 – Ф.Леффлер изолировал и культивировал возбудителя дифтерии;

- 1892 – Д.Ивановский открыл вирусы;

- 1893 – В.Оствальд установил каталитическую функцию ферментов ;

- 1902 – Г.Хаберланд показал возможность культивирования клеток растений в питательных растворах;

- 1912 – Ц.Нейберг раскрыл механизм процессов брожения;

- 1913 – Л.Михаэлис и М.Ментен разработали кинетику ферментативных реакций;

-1926 – Х.Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности;

В этот период было начато изготовление прессованных пищевых дрожжей, а также продуктов метаболизма – ацетона, бутанола, лимонной и молочной кислот, во Франции приступили к созданию биоустановок для микробиологической очистки сточных вод.

Тем не менее, накопление большой массы клеток одного возраста оставалось исключительно трудоемким процессом. Вот почему требовался принципиально иной подход для решения многих задач в области биотехнологии.

3. Биотехнический период – начался в 1933 г. и длился до 1972 г.

Особенно мощный толчок в развитии промышленного биотехнологического оборудования был отмечен в период становления и развития производства антибиотиков (время второй мировой войны 1939-1945 гг., когда возникла острая необходимость в противомикробных препаратах для лечения больных с инфицированными ранами).

Все прогрессивное в области биотехнологических и технических дисциплин, достигнутое к тому времени, нашло свое отражение в биотехнологии.

4. Геннотехнический период (от греч. genesis- происхождение, возникновение, рождение) начался с 1972 г., когда П. Берг создал первую рекомбинацию молекулы ДНК, тем самым показав возможность направленных манипуляцией с генетическим материалом бактерий.

Естественно, что без фундаментальной работы Ф.Крика и Дж. Уотсона по установлению структуры ДНК было бы невозможно достигнуть современных результатов в области биотехнологии. Выяснение механизмов функционирования и репликации ДНК, выделение и изучение специфических ферментов привело к формированию строго научного подхода к разработке биотехнических процессов на основе генноинженерных манипуляций.

Создание новых методов исследований явилось необходимой предпосылкой развития биотехнологии 4-ом периоде.

Молекулярно-генетический период развития микробиологии связан с выходом естественных наук на молекулярный уровень и дальнейшим развитием микробиологии, вирусологии и иммунологии. Создание электронного микроскопа сделало видимым мир вирусов и макромолекулярных соединений. Генетика бактерий пролила свет на проблемы изменчивости генов и создала целую науку - молекулярную биологию. Именно на бактериях доказана роль ДНК в передаче наследственных признаков. Расшифровка основных принципов кодирования генетической информации в ДНК бактерий, а также универсальность генетического кода бактерий и вирусов позволили установить общие молекулярно-генетические закономерности, свойственные высшим организмам.

Пол Берг в 1972 г. получил in vitro рекомбинантную ДНК, состоящую из фрагментов разных молекул вирусной и бактериальной ДНК. Кроме того он расшифровал геном кишечной палочки, что сделало возможным искусственное конструирование генов и пересадку отдельных генов из одних клеток в другие. К настоящему времени методы генной инженерии используют в производстве широкого спектра биологически активных веществ.

Использование разнообразных форм микроорганизмов сделало в ХХ в. актуальной теоретическую и практическую разработку вопросов их культивирования с целью интенсификации вызываемых ими процессов. Это, в свою очередь, обусловило необходимость изучения основ регуляции роста и развития микроорганизмов, поиск способов воздействия на их обмен веществ, что определило формирование еще одного направления современной микробиологии – управляемого культивирования микроорганизмов.

Развитие биотехнологии определяется высоким уровнем технологических новшеств. Здесь прежде всего имеются в виду производство питания за счет широкомасштабного выращивания дрожжей, водорослей и бактерий для получения белков, аминокислот, витаминов и ферментов; повышение продуктивности сельскохозяйственных культур (клонирование и отбор разновидностей растений на основе тканевых культур in vitro); биоинсектициды, биоудобрения; уменьшение загрязнения окружающей среды (очистка сточных вод, переработка отходов и побочных продуктов сельского хозяйства и промышленности).

Развитие биотехнологии и новых отраслей связано с эволюцией общего направления биологических исследований и возможностями получения легкодоступных и возобновляемых ресурсов, важных для жизни и благосостояния людей. Что касается более современных биотехнологических процессов, то они основаны на методах рекомбинантных ДНК, а также на использовании иммобилизованных ферментов, клеток или клеточных органелл. Другими словами, развитие биотехнологии в огромной степени определяется исследованиями в области микробиологии, биохимии, энзимологии и генетики микроорганизмов.

В перспективе на основе методов рекомбинантных ДНК биотехнология позволит освоить синтез растительных белков и добиться искусственного фотосинтеза и фиксации молекулярного азота в промышленных масштабах, решения экологических проблем, включая переработку отходов и борьбу с загрязнениями окружающей среды. Биологические препараты, практически значимые в растениеводстве, животноводстве, хранении и переработки сельскохозяйственной продукции, приведут к снижению энергоемкости сельскохозяйственного производства, стабильности экологического равновесия и сбалансированному (функциональному) питанию населения. Биотехнология возобновляемого сырья позволит получать продукты питания и производить различные материальные ценности.

Среди достижений 2-го периода особо стоит отметить следующие:

- 1883 – И.Мечников разработал теорию клеточного иммунитета;

- 1984 – Ф.Леффлер изолировал и культивировал возбудителя дифтерии;

- 1892 – Д.Ивановский открыл вирусы;

- 1893 – В.Оствальд установил каталитическую функцию ферментов ;

- 1902 – Г.Хаберланд показал возможность культивирования клеток растений в питательных растворах;

- 1912 – Ц.Нейберг раскрыл механизм процессов брожения;

- 1913 – Л.Михаэлис и М.Ментен разработали кинетику ферментативных реакций;

-1926 – Х.Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности;

3. Биотехнический период – начался в 1933 г. и длился до 1972 г.

Создание новых методов исследований явилось необходимой предпосылкой развития биотехнологии 4-ом периоде.

Биотехнология. Наука биотехнология. Этапы развития биотехнологии.

Биотехнология [от греч. bios, жизнь, + techne, мастерство] — наука, изучающая производственные процессы, основанные на использовании с различными целями микроорганизмов, биокатализаторов и различных биологических систем (культур растительных и животных тканей, протопластов и т.д.). Её отличие от традиционной микробиологической и бродильной промышленности заключается в том, что биотехнология возникла на основе достижений генной инженерии и инженерной эн-зимологш (науки о применении ферментов в микробиологической промышленности). Современная биотехнология базируется на применении последних достижений в области создания рекомбинантных ДНК и генетически модифицированных организмов.

Этапы развития биотехнологии

Истоки биотехнологии относят ко времени развития хлебопечения, виноделия, сыроварения, получения спирта брожением, силосования кормов и т.д. Лишь в 70-х годах XX столетия, со времени зарождения генной инженерии, началось бурное развитие биотехнологии. Выделяют следующие наиболее важные периоды в становлении биотехнологии.

• Развитие эмпирической технологии — неосознанное применение микробиологических процессов (хлебопечение, виноделие) примерно с VI тыс. до н.э.

• Зарождение фундаментальных биологических наук в XV—XVIII веке.

• Первые внедрения научных данных в микробиологическое производство в конце Х1Х-начале XX века — период революционных преобразований в микробиологической промышленности.

• Создание научно-технических предпосылок возникновения современной биотехнологии в первой половине XX века (открытие структуры белков, применение вирусов в изучении генетики клеточных организмов).

• Возникновение собственно биотехнологии как новой научно-технической отрасли (середина XX века), связанное с массовым рентабельным производством препаратов; организация крупнотоннажных производств по получению белка на углеводородах (с начала 60-х годов).

• Появление новейшей биотехнологии, связанное с применением в практике генной и клеточной инженерии, инженерной энзимоло-гии, иммунной биотехнологии.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Читайте также: