Що таке біотехнологія? Основні напрямки та досягнення

Чи знаєте ви, що таке біотехнологія? Напевно ви дещо про неї чули. Це важливий розділ сучасної біології. Вона стала, як і фізика, одним з основних пріоритетів у світовій економіці та науці в кінці 20 століття. Ще півстоліття тому ніхто не знав, що таке біотехнологія. Проте засади її заклав учений, що жив ще в 19 столітті. Біотехнологія отримала потужний поштовх до розвитку завдяки роботам дослідника з Франції Луї Пастера (роки життя - 1822-1895). Він є основоположником сучасної імунології та мікробіології.

У 20 столітті бурхливо розвивалася генетика та молекулярна біологія з використанням досягнень фізики і хімії. У цей час найважливішим напрямком була розробка методів, за допомогою яких можна було б культивувати клітини тварин і рослин.

Сплеск досліджень

У 1980 роках відбувся сплеск досліджень в галузі біотехнології. До цього часу були створені нові методичні та методологічні підходи, які забезпечили перехід до застосування біотехнологій у науці і практиці. З'явилася можливість отримати з цього великий економічний ефект. Згідно з прогнозами, біотехнологічні товари повинні були скласти вже на початку нового століття чверть світової продукції.

Робота, здійснена в нашій країні

Активний розвиток біотехнології відбувалося в цей час і в нашій країні. У Росії також було досягнуто значно розширення робіт у цій галузі та впровадження у виробництво їх результатів у 1980 роки. У нашій країні в цей період була розроблена і здійснювалася перша програма з біотехнології загальнонаціонального масштабу. Були створені спеціальні міжвідомчі центри, підготовлені фахівці-біотехнологи, засновані кафедри та сформовані лабораторії у вузах і науково-дослідних установах.

Біотехнологія сьогодні

Сьогодні ми настільки звикли до цього слова, що мало хто задає собі питання: "Що таке біотехнологія?" А між тим познайомитися з нею докладніше було б зовсім не зайвим. Сучасні процеси в цій галузі засновані на методах використання рекомбінантних ДНК та іммобілізованих ферментів, клітинних органел або клітин. Сучасна біотехнологія є наукою про клітинних і генноінженерних технологіях і методах створення застосування трансформованих генетично біологічних об'єктів з метою інтенсифікації виробництва або створення нових видів продуктів. Виділяються три основні напрямки, про які ми зараз розповімо.

Промислова біотехнологія

У цьому напрямку можна виділити як різновид червону біотехнологію (медицину). Вона вважається найважливішою сферою застосування біотехнологій. Все більшу роль вони відіграють при розробці медикаментів (зокрема, для лікування раку). Велике значення біотехнології мають також в діагностиці. Вони застосовуються, наприклад, при створенні біосенсорів, чіпів ДНК. В Австрії червона біотехнологія сьогодні користується заслуженим визнанням. Вона навіть вважається двигуном розвитку інших галузей.

Переходимо до наступного різновиду промислової біотехнології. Це біотехнологія зелена. Вона використовується, коли здійснюється селекція. Біотехнологія ця надає сьогодні особливі методи, за допомогою яких розробляються засоби протидії проти гербіцидів, вірусів, грибків, комах. Все це також дуже важливо, погодьтеся.

Для області зеленої біотехнології особливе значення має генна інженерія. За допомогою неї створюються передумови для перенесення генів одного виду рослин на інші, і таким чином вчені можуть впливати на розвиток стійких характеристик і властивостей.

Сіра біотехнологія використовується для охорони навколишнього середовища. Її методи застосовуються для очищення каналізаційних стоків, санації грунтів, очищення газів і відпрацьованого повітря, для переробки відходів.

Але й це ще не все. Існує і біла біотехнологія, яка охоплює сферу використання в хімічній промисловості. Біотехнологічні методи в даному випадку застосовуються для безпечного з екологічної точки зору і ефективного виробництва ферментів, антибіотиків, амінокислот, вітамінів, а також алкоголю.

І нарешті, останній різновид. Синя біотехнологія заснована на технічному застосуванні різних організмів, а також процесів морської біології. У цьому випадку в центрі досліджень - біологічні організми, що населяють Світовий океан.

Переходимо до наступного напрямку - клітинної інженерії.

Клітинна інженерія

Вона займається отриманням гібридів, клонуванням, вивченням клітинних механізмів, "гібридними" клітинами, складанням генетичних карт. Початок її відносять до +1960 рокам, коли з'явився метод гібридизації клітин соматичних. Вже були вдосконалені до цього часу способи культивування, виникли і способи вирощування тканин. Соматичну гібридизацію, при якій гібриди створюються без участі статевого процесу, сьогодні проводять, культивуючи різні клітини ліній одного виду або використовуючи клітини різних видів.

Гібридоми та їх значення

Гібридоми, тобто гібриди між лімфоцитами (звичайними клітинами імунної системи) і пухлинними, володіють властивостями клітинних ліній батьків. Вони здатні, подібно раковим, ділитися необмежено довго на поживних штучних середовищах (тобто є "безсмертними"), а також можуть, подібно лімфоцитам, виробляти однорідні (моноклональні) антитіла, володіють певною специфічністю. Ці антитіла використовуються в діагностичних і лікувальних цілях, як чутливі реагенти на органічні речовини та ін.

Ще одним напрямком клітинної інженерії є маніпуляції з клітинами, що не мають ядер, з вільними ядрами, а також з іншими фрагментами. Ці маніпуляції зводяться до комбінування частин клітини. Подібні експерименти разом з мікроін'єкціями барвників або хромосом в клітку проводять, щоб з'ясувати, як цитоплазма і ядро впливають один на одного, які чинники регулюють активність тих чи інших генів і інш.

За допомогою з'єднання на ранніх стадіях розвитку клітин різних зародків вирощують так званих музичних тварин. Інакше їх називають химерами. Вони складаються з 2-х видів клітин, що розрізняються генотипами. Шляхом даних експериментів з'ясовують, як в ході розвитку організму відбувається диференціювання тканин і клітин.

Клонування

Сучасні біотехнології немислимі без клонування. Досліди, пов'язані з пересадкою ядер різних соматичних клітин венуклеірованние (тобто позбавлені ядра) яйцеклітини тварин з подальшим вирощуванням у дорослий організм получившегося зародка ведуться вже не одне десятиліття. Однак вони отримали дуже широку популярність з кінця 20 століття. Сьогодні ми називаємо такі досліди клонуванням тварин.

Мало кому не знайома сьогодні овечка Доллі. У 1996 році близько Единбурга (Шотландія) в Рослінському інституті було здійснено перше клонування ссавця, яке здійснилося з клітини дорослої організму. Саме овечка Доллі стала першим таким клоном.

Генна інженерія

З'явившись на початку 1970 років, генна інженерія сьогодні домоглася значних успіхів. Її методи перетворять клітини ссавців, дріжджів, бактерій в справжні "фабрики" для виробництва будь-якого білка. Таке досягнення науки надає можливість детально вивчити функції і структуру білків для того, щоб використовувати їх як лікарські засоби.

Основи біотехнології сьогодні широко застосовуються. Кишкова паличка, наприклад, стала в наш час постачальником важливих гормонів соматотропіну та інсуліну. Прикладна генна інженерія ставить перед собою мету конструювання рекомбінантних молекул ДНК. При впровадженні в певний генетичний апарат вони можуть надавати організму корисні для людини властивості. Наприклад, можна отримувати "біологічні реактори", тобто тварини, рослини і мікроорганізми, які продукували б речовини, фармакологічно важливі для людини. Досягнення біотехнології призвели до можливості виведення порід тварин і сортів рослин з ознаками, цінними для людей. За допомогою методів генної інженерії можна здійснювати генетичну паспортизацію, створювати ДНК-вакцини, діагностувати різні генетичні захворювання та ін.

Висновок

Отже, ми відповіли на питання: "Що таке біотехнологія?" Звичайно, в статті наведені лише основні відомості про неї, коротко перераховані напрямки. Ця ознайомча інформація дає загальне уявлення про те, які існують сучасні біотехнології і як вони використовуються.