- Биотехнология как наука
- Генная инженерия
- Клеточная инженерия
- познакомиться с биотехнологией как наукой
- рассмотреть методы, используемые в биотехнологии
- Какие химические процессы лежат в основе выпечки хлеба?
- Какие реакции характерны для спиртов?
- Какие реакции характерны для альдегидов?
- Какими способами можно получить галогеналканы?
Биотехнология как наука
Биотехнология как наука формировалась с древнейших времён. Человек использовал микроорганизмы, даже не зная о их существовании, для различных нужд. Например, сбраживание виноградного сока под действием дрожжей давало вино; дрожжи использовались также при выпечке хлеба; молочнокислые бактерии помогали создавать сыры и другие молочные продукты.
В XIX веке Луи Пастер утверждал, что в процессах брожения и квашения участвуют микроорганизмы.
А в начале ХХ века венгерский учёный Карл Эреки ввёл термин «биотехнология» для обозначения производства необходимых обществу веществ с помощью живых микроорганизмов, используемых в качестве биореакторов.
Биотехнология — это наука, изучающая возможность использовать живые организмы или продукты их жизнедеятельности для решения определённых технологических задач.
Сейчас с помощью микроорганизмов проводят очистку сточных вод.
При аэробной очистке бактерии с помощью кислорода окисляют органические вещества и осаждают их.
Анаэробая очистка протекает с участием бактерий, но без доступа воздуха.
Кроме этого, микроорганизмы могут осуществлять синтез различных лекарственных препаратов, антибиотиков, ферментов.
Поэтому до конца ХХ века биотехнологию рассматривали как науку, занимающуюся производством полезных веществ с помощью микроорганизмов. Однако с развитием технологий и в первую очередь с открытием структуры ДНК, стали развиваться другие направления этой науки.
В первую очередь — это генная и клеточная инженерии.
Рассмотрим их подробнее.
Генная инженерия предполагает редактирование генов или их пересадку другим организмам.
Так, в 1981 году коллектив под руководством академика Юрия Анатольевича Овчинникова выделил ген человека, который несёт ответственность за синтез интерферона — белка, который вырабатывается в организме человека для борьбы с вирусными инфекциями. С использованием методов генной инженерии этот ген был встроен в ДНК бактерии кишечной палочки, так как бактерии, содержащие человеческий ген, способны вырабатывать закодированный в этом гене белок.
В результате использования методов генной инженерии получаются генетически модифицированные организмы или сокращённо ГМО . Они широко встречаются в сельском хозяйстве и животноводстве. Так, создаются сорта растений и породы животных, отличающиеся высокой продуктивностью, устойчивостью к заболеваниям и т. д.
Генная инженерия — это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов.
В сельском хозяйстве были получены генетически модифицированные соя, картофель, хлопок и другие растения. Они более урожайные и устойчивые к вредителям и болезням. Ведутся разработки по созданию древесных растений с высоким содержанием целлюлозы.
Созданы морозоустойчивые сорта винограда, выращиваемые теперь в Канаде. Получены фрукты и овощи с длительным сроком хранения. Созданы яблоки, срез которых не темнеет до трёх недель.
Единственное сельскохозяйственное растение, которое пока не поддаётся генетическому изменению, — это гречиха.
В животноводстве вывели свиней, устойчивых к африканской свиной чуме. В эстетических целях вывели генетически модифицированную аквариумную рыбку данио-рерио с флуоресцентной окраской.
Рисунок 1. Генетически модифицированная данио-рерио
Рисунок 2. Аквариумная рыбка данио-рерио
Кроме этого, создали розы синего цвета; бактерии, способные вырабатывать лекарственные препараты или производить топливо.
Ещё одно направление биотехнологии — клеточная инженерия . Она предполагает выращивание из клеток целых тканей, органов и даже всего организма.
Клеточная инженерия — это методы конструирования клеток нового типа.
Благодаря клеточной инженерии можно создавать органы для трансплантологии.
Особое направление клеточной инженерии — клонирование .
Благодаря клонированию удаётся создавать из одной клетки проростки растений, не заражённых вирусами. Таким образом выращивается здоровый посадочный материал для сельскохозяйственных работ.
Первым млекопитающим, созданным из неполовой клетки, является овечка Долли, выращенная в 1996 году (рис. 3).
Рисунок 3. Овечка Долли
Методы, применяемые в биотехнологии, до конца не изучены. Много противников изменения генома организмов и создания генетически модифицированных продуктов питания. Не выяснены долгосрочные последствия употребления в пищу ГМО для человека.
Однако уже сейчас множество лекарственных препаратов, вакцин, антибиотиков, гормонов (например инсулин), ферментов, микрогелей для очистки воды и почвы, создаётся с помощью биотехнологий.
Развитие науки в этом направлении идёт настолько стремительно, что во многих странах столкнулись с проблемой законодательного регулирования тех или иных экспериментов.
В 2015 году в России принят закон, запрещающий выращивать генетически модифицированные организмы.
В 2016 году 200 нобелевских лауреатов обратились к ООН и правительствам разных стран с просьбой прекратить борьбу с ГМО.
У данной проблемы, как видите, есть как противники, так и защитники. Точка в решении подобных спорных вопросов пока ещё не поставлена.
Контрольные вопросы
1. Что такое генная инженерия?
2. В чём особенности клеточной инженерии?
3. Что такое ГМО?
4. Для каких целей клонирование отдельных тканей и органов необходимо?
