III. КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ

Биотехнология имеет глубокие исторические корни. В течение тысячелетий человечество, действуя интуитивно и эмпирически, использовало микробиологическую ферментацию в пивоварении и получении спиртных напитков, приготовлении хлеба, консервации и хранении пищи, выделке кож, отбелке льна и многом другом.

История промышленной микробиологии и ее современное состояние, определяемое как биотехнология, позволяет проследить тесную связь фундаментальных и прикладных исследований со времен Л.Пастера (1822-1895) до наших дней.

Примерно столетие назад исследования Пастера, направленные на решения сугубо практических задач (раскрытие причин порчи французских сухих вин и немецкого пива) привели к становлению микробиологии и биохимии. Доказали гниение и брожение действием микроорганизмов, были сделаны первые реальные научные предпосылки для дальнейшего развития прикладной (технической) микробиологии, а позже - и биотехнологии в современном понимании. Традиционная биотехнология в хлебопекарной, кожевенной и молокоперерабатывающей промышленности, пивоварении, получении спирта, уксуса, консервировании продуктов зиждется на научных открытиях Пастера и сейчас только совершенствуется.

Следующий наиболее важный этап в развитии биотехнологии связан с открытием А.Флемингом в 1940 г. антибиотиков (пенициллина). Это обусловило разработку методических приемов, сыгравших решающую роль в развитии молекулярной биологии и одновременно дало мощный толчок важнейшим изменениям в фармацевтической промышленности, резкому повышению значения технических наук в биопромышленности.

В середине 60-х гг. многочисленные открытия в биохимии, генетике, в клеточной и молекулярной биологии произвели революционные изменения в промышленной микробиологии и, по существу, дали начало биотехнологии в ее современном понимании как науки.

В этом ряду открытий наиболее значимыми являются определение полной структуры белка - инсулина (Сэнгер, 1953), доказательство двухниточности ДНК (Уотсон и Криг, 1953), расшифровка генетического кода и его универсальности для бактерии и высших растений и животных (Ниренберг, 1963). В результате генетическая информация и ее смысл, т.е. взаимосвязь между генетическим кодом и структурой белка, стали доступны для изучения.

В 70-х гг. в результате усовершенствования аналитических методов появилась возможность автоматического определения структуры белков, их аминокислотной последовательности (Эдман, 1967), разработаны методы и приборы для автоматического химического анализа нуклеиновых кислот, а значит - и генов.

Наряду с расшифровкой структуры белков, были искусственно синтезированы молекулы биополимеров, гены, кодирующие синтез гормонов соматотропина и инсулина человека. Эти гены были введены в клетку E.coli, и такие эшерихии стали продуцировать гормоны человека. Этим было положено начало принципиально новой технологии получения рекомбинантных ДНК, или генной инженерии (Корана, 1970-79).

Методы генной инженерии не только открывают дополнительные возможности для уже освоенных биопроцессов (получение штаммов-мутантов с суперсинтезом веществ), но и дают совершенно оригинальный способ получения новых, ранее недоступных веществ, позволяют осуществить новые процессы. Таким образом генную инженерию можно рассматривать как один из методов генетики, так и биотехнологический процесс (аналогия с пересадкой зигот у млекопитающих). Появление термина «биотехнология» напрямую связано с возникновением генной инженерии.

Но достижения современной биотехнологии и перспективы ее развития связаны не только с генноинженерной технологией. Большие научные и практические успехи получены с технологиями иммобилизованных ферментов и микроорганизмов (60-70 гг.), биопроизводством аминокислот, белка одноклеточных организмов, превращения стероидов, культивирования клеток животных и растений и т.д. Во всех случаях эволюция биологии и биотехнологии была неотделима от главных этапов в развитии знаний основополагающих механизмов жизнедеятельности.

Как уже было отмечено, в настоящее время разработка и освоение биотехнологических систем занимают важное место в народном хозяйстве многих стран, и достижения этой отрасли - одна из центральных задач в глобальной экономической политике. Отсюда важность своевременной информации о достижениях биотехнологии во всемирном масштабе. Многие страны, в особенности США, Япония, Германия, Англия, Франция, Италия и ряд других, накопили многолетний опыт производства биотехнологической продукции для сельского хозяйства, пищевой, фармацевтической и энзимической промышленности, медицины, ветеринарии. Мировой рынок продуктов биотехнологии является ареной острой конкурентной борьбы производителей и поставщиков. И выигрывает тот, кто быстро развертывает не только прикладные, но и фундаментальные разработки по новейшим направлениям биотехнологии (например, Япония).

Достижении отечественной биотехнологии также неоспоримы. Наша биопромышленность впервые в мире стала производить микробиологический белок (ежегодно более 1 млн. тонн на основе гидролиза древесины и сельскохозяйственных отходов (40%) и очищенных парафинов нефти (60%)). Ежегодно выпускается около 20 тыс. тонн лизина, одна тонна которого экономит 50 тонн фуражного зерна (мировое производств лизина ежегодно - 100 тыс. тонн).

Создана крупная биопромышленность по выпуску антибиотиков, ферментов, инсектицидов, освоено культивирование клеток животных и растений. Предпринимаются усилия промышленного освоения процессов и получения продуктов на базе современной энзимологии, молекулярной биологии, генной и клеточной инженерии.

Важную область медицинской и ветеринарно-медицинской биотехнологии составляет биофабричное производство вакцин, гормонов, витаминов, биостимуляторов, антибиотиков, пробиотиков, диагностических и лечебных сывороток. В системе биопрома МСХ РФ объединены 14 биофабрик и комбинатов, выпускающих более 200 наименований биопрепаратов. Функционируют и небольшие биоцеха для производства и экспериментальной проверки новых препаратов, а также биоцеха при областных и районных ветбаклабораториях и непосредственно в животноводческих хозяйствах (пробиотики, биостимуляторы, вакцины из местных штаммов). Вся работа научно координируется и контролируется ВГНИИ биологической промышленности (г. Щелково) и ВГНИИ контроля ветпрепаратов (Москва).

Итак, в научном периоде развития биотехнологии, длящимся, примерно 150 лет (с первых работ Пастера), можно выделить около 4-х основных этапов:

1. Биотехнология пищевых продуктов, в т.ч. продуктов брожения;

2. Биотехнология органических кислот, растворителей и получения биомассы в нестерильных условиях;

3. Биотехнологические процессы в стерильных условиях, включая получение вакцин и антибиотиков;

4. Современный этап - применение иммобилизованных ферментов и клеток, достижений молекулярной биологии, генной и клеточной инженерии (рекомбинантной ДНК, гибридомной техники, моноклональных антител), развитие новых технических средств в виде биодатчиков, биореакторов, контрольно-измерительных систем, техники очистки и концентрирования, ЭВМ. Биотехнология на этом 4-ом этапе за последние 10-15 лет бурного развития оформилась как отрасль науки и производства.

Дата добавления: 2014-05-02; просмотров: 1706; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!