История развития биотехнологии

Видео: Панельная дискуссия №6. Биотехнология как основа персонализации медицины 17.09.2015

Биотехнология (от греч. bios жизнь, techne искусство, мастерство и logos слово, учение) - это получение полезных для человека продуктов, в процессе которого используется биохимическая деятельность микроорганизмов, изолированных клеток или их компонентов. Сами того не подозревая, люди применяли биотехнологические методы с древнейших времен.

Занимаясь хлебопечением, виноделием, пивоварением, получением кисло-молочных продуктов, сыров, пищевого уксуса, они использовали деятельность микроорганизмов. Огромную роль в разработке научных основ биотехнологии сыграли работы одного, .ид величайших естествоиспытателей 19-го века - француза Луи Пастера (1822-1895). Начав свою научную карьеру с чисто химических работ, наиболее известной из которых является исследование винных кислот, послужившее толчком к развитию стереохимии, в 50-х годах 19-го века Пастор занялся изучением брожения.

В 1857 г. появляется его работа, в которой Пастер доказывает, что спиртовое брожение сахара есть процесс, тесно связанный с жизнедеятельностью дрожжевых грибков, которые питаются и размножаются за счет бродящей жидкости, при этом часть сахара тратится на постройку дрожжевых клеток и образование побочных продуктов - глицерина и янтарной кислоты. Пастер опроверг господствовавшие тогда взгляды Либиха на брожение как на механико-химический акт.

Изучение масляного брожения привело к открытию важного факта: было показано, что микробы масляного брожения могут развиваться только в отсутствие воздуха. Были установлены два типа бактерий -аэробные, требующие длясвоей жизни воздух, и анаэробные, развивающиеся без него. Позже Пастер опроверг теорию самозарождения микроорганизмов. Его работы по вопросу самозарождения имели очень большое значение для развития и применения антисептических методов в хирургии.

Пастер всегда переходил от теории к практике. Изучив спиртовое, масляное и молочное брожение и сделав важное обобщение о брожении как жизни в отсутствие воздуха, он занялся вопросами, имеющими важное промышленное значение - изучением болезней вина и условий образования уксуса. Он выработал оптимальные правила для образования уксуса и выяснил причины вредных изменений, которым подвергается вино. Для предохранения вина от вредных изменений Пастер предложил его повторно нагревать. Позже такое нагревание стали использовать для увеличения сроков хранения пива и молока - этот процесс получил название "пастеризации".

Велика роль Пастера в разработке вакцин против многих инфекционных болезней, в частности, сибирской язвы и бешенства. В 1888 г. Пастер создал и возглавил научно-исследовательский институт микробиологии (Пастеровский институт). Работы Пастера оказали, настолько большое влияние на развитие микробиологии (термина "биотехнология" тогда не существовало), что почти столетний период с 60-х годов 19-го века до 40-х годов 20-го века часто называют пастеровской эрой. На основе работ Пастера и его учеников в  это время были созданы производства этанола, бутанола, ацетона, глицерина, лимонной кислоты, многих вакцин, организованы процессы биологической  очистки сточных вод.



Начало следующему этапу развития той отрасли знаний, которую сейчас называют биотехнологией, положила работа английского микробиолога А. Флеминга (1928), отметившего способность нитчатого гриба зеленой плесени (Penicillum notatum) вызывать гибель стафилококков. Дальнейнгая работа привела к выделению в чистом виде первого антибиотика пенициллина, открывшего эру антибиотиков (1940-1960 гг.). За пенициллином последовало получение стрептомицина, тетрациклинов, эритромицина и других антибиотиков, начала развиваться микробиологическая промышленность. В 1953 г. в качестве самостоятельной науки о себе заявила молекулярная биология.

Это было связано с открытием Д. Уотсоном и Ф. Криком знаменитой двойной спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и постулированием матричного механизма ее синтеза. Вдечение постантибиотической эры (1960-1975 гг.) были созданы технологии получения аминокислот, витаминов В2 и B12, биогаза, микробиологического белка на парафинах, иммобилизованных ферментов. В 70-х годах 20-го века появился термин "биотехнология". Начало современного этапа развития биотехнологии было положено в 1972 г. публикацией американского биохимика Пола Берга с сотрудниками.

Этот год принято считать годом рождения новой отрасли молекулярной биологии - генетической (генной) инженерии. Группе ученых под руководством П. Берга удалось получить in vitro рекомбинантную, т.е. созданную методами генетической инженерии, ДНК. Генетическая инженерия существенно расширила экспериментальные границы молекулярной биологии, поскольку позволила вводить в различные типы клеток чужеродную ДНК. Это дало возможность выявлять общебиологические закономерности организации и выражения генетической информации в различных организмах.



Данный подход открыл перспективы создания принципиально новых продуцентов биологически активных веществ, а также животных и растений, несущих активные чужеродные гены. Использование методов генетической инженерии позволило решить многие практически важные задачи. Прежде всего, это получение лекарственных средств, в частности, инсулина и интерферона путем бактериального синтеза. Большим достижением является создание диагностических препаратов для выявления СПИДа.

Разработка методов получения так называемых трансгенных растений открывает новые возможности для растениеводства в создании сельскохозяйственных культур, устойчивых к экстремальным воздействиям и инфекциям.

Этот метод решения проблемы обеспечения населения Земли продуктами питания, хотя и вызывает споры об их потенциальной опасности, продолжает развиваться. Биотехнология связана тысячами нитей с другими перспективными направлениями науки и техники. Так, соединение биотехнологии и нанотехнологий дает новое направление - нанобиотехнологию, что радикально меняет стратегию создания новых препаратов. В частности, это позволяет осуществлять конструирование препаратов под конкретную задачу.

Использование достижений биотехнологии сделало возможным создание биосенсоров для индикации биологически активных веществ. В настоящее время в мире действуют более 3000 биотехнологических компаний, и число их постоянно растет. В наиболее развитых странах мира по инвестиционной привлекательности биотехнологии уступают сегодня лишь информационным технологиям. Например, в США 70 процентов финансирования науки расходуется на исследования в области биотехнологий, это более 100 млрд долл. в год. В Китае эта цифра составляет свыше 1 млрд долларов, в России -всего лишь несколько десятков миллионов долларов. Доля нашей страны в объеме мировой биотехнологической продукции сегодня 0,2-0,5 процента, хотя в конце 80-х годов она была в десять раз больше.

Многие биотехнологические производства полностью исчезли. Примером тому является производство важнейшей кормовой добавки - лизина. СССР был лидером по выпуску этой аминокислоты и обгонял США в десять раз. Сегодня лизин в России вообще не выпускается и завозится только по импорту. Резко сократилось производство кормового белка.

Закупается подавляющая часть биотехнологической продукции, использующейся в отечественной пищевой промышленности (это прежде всего закваски для производства кисло-молочных продуктов, дрожжи и ферменты для производства спирта и мясопереработки). Такая же ситуация сложилась и с медицинскими препаратами, производимыми на основе биотехнологий. До начала 90-х годов страна полностью обеспечивала себя антибиотиками. Сегодня почти все заводы по их производству либо устарели, либо вообще не работают. Для России сегодня важно не догонять западных производителей, а определить те разделы биотехнологии, которыми еще никто не занимается. За последний год

Обществом биотехнологов России проведено несколько научно-практических конференций, на которых были выработаны приоритетные направления развития науки и производства. В России остался большой потенциал, потеряны еще не все позиции. Необходимо наращивать усилия по разработке новых перспективных биотехнологий. По мнению экспертов, продукция, получаемая с применением биотехнологий, составит к 2010 году около 30 % мирового рынка химикатов. Именно развитие биотехнологии будет определять качество жизни людей в XXI веке. По образному выражению президента Общества биотехнологов России А. А. Воробьева: "Биотехнологии - лакмусовая бумажка для страны".

С.В. Макаров, Т.Е. Никифорова, Н.А. Козлов