§ 55. Традиційні та сучасні біотехнології

Пригадайте, як людина використовує домашніх тварин і культурні рослини. Які речі, отримані від цього використання, ви застосовуєте в повсякденному житті? Як людина використовує здатність живих організмів спричиняти процеси бродіння?

Біотехнологія

Біотехнологія — це сукупність промислових методів, що застосовують для виробництва різних речовин із використанням живих організмів, біологічних процесів чи явищ. Сам термін «біотехнологія» з’явився в 70-х роках XX століття. Він походить від грецьких слів «біос» — життя, «технос» — мистецтво, майстерність, «логос» — слово, вчення.

Але насправді біотехнологічні принципи людина розробила вже давно. Використання мікроорганізмів для випікання хліба, виготовлення сиру та інших молочних продуктів, виноробства, пивоваріння триває вже не одну тисячу років (мал. 55.1). Просто люди тоді ще не знали, що всі ці процеси здійснюють мікроорганізми.

Мал. 55.1. Продукти, виготовлені методами біотехнології

Біотехнологію умовно поділяють на два розділи — традиційна і сучасна.

Традиційна біотехнологія

Традиційна біотехнологія заснована на явищі ферментації — використанні у виробничих процесах ферментів мікроорганізмів. Саме на цьому явищі ґрунтується виробництво хліба, пива, вина, кисломолочних продуктів, оцту. Продуктами діяльності мікроорганізмів є такі вироби, як кефір, ряжанка, йогурти, кумис. Без процесу ферментації неможливо, наприклад, виготовити сир.

У цій галузі використовують мікроскопічні гриби й бактерії. Це пекарські дріжджі (для виготовлення хліба), аспергіли (для виготовлення сирів), термофільні стрептококи та болгарська молочна паличка (для виготовлення йогуртів та інших кисломолочних продуктів), інші мікроорганізми.

Сучасне використання традиційних біотехнологій

Але традиційні галузі застосування мікроорганізмів наразі розширюються. За допомогою мікроорганізмів отримують низку лікарських препаратів (наприклад, препарати з групи стероїдів). Уся лимонна кислота, яка продається в наших магазинах, вироблена мікроорганізмами. Таким самим способом одержують і натрій глутамат, який є підсилювачем смаку й широко застосовується як харчова добавка.

Живі організми використовують і як засоби боротьби зі шкідниками та хворобами рослин (мал. 55.2). Використання природних збудників захворювань шкідників є набагато безпечнішим, ніж обробка отрутохімікатами. Хоча цей метод має свої недоліки — повільну дію, наприклад.

Мал. 55.2. Біологічні методи захисту рослин

І ще одна новітня галузь — виробництво ферментів для побутової хімії. Щоразу, коли ви купуєте, скажімо, пральний порошок з ферментами, ви користуєтеся продуктами біотехнології.

Нові напрями біотехнології

Нові методи біотехнології включають такі напрямки, як клітинна та генетична інженерія. Вони почали активно розвиватися із 60-х років XX століття, коли було встановлено роль ДНК у спадковості й розкрито механізми реалізації спадкової інформації.

Клітинна інженерія — це галузь біотехнології, яка здійснює маніпуляції з клітинами (культивування, гібридизація, генетична рекомбінація тощо) з метою зміни їхніх властивостей і подальшого використання в медицині, сільському господарстві та біотехнологічних процесах.

Генетична інженерія — це галузь біотехнології, яка розробляє й використовує технології виділення генів з організмів і окремих клітин, їх видозмінення й уведення в інші клітини або організми.

Клітинна інженерія

Існує кілька напрямків практичного використання розроблених у галузі клітинної інженерії технологій.

Перспективні напрями використання технологій клітинної інженерії

Напрям	Сфера застосування
Отримання промисловим шляхом цінних біологічно активних речовин рослинного походження	Фармація, побутова хімія, харчова промисловість
Використання тканинних І клітинних культур для швидкого клонального мікророзмноження та оздоровлення рослини	Сільське та лісове господарство
Отримання гібридом шляхом злиття різних клітин, наприклад, ракової клітини і лімфоцита в одну клітину	Фармація, медицина, біотехнологічна промисловість

Одним з напрямів клітинної інженерії є клонування тварин і рослин. Клон — це сукупність генетично однорідних клітин, що походять від однієї клітини, або генетично ідентичні організми, які утворюються від предкової особини шляхом вегетативного розмноження. Клонування — процес створення генетично ідентичних організмів. Клонування рослин, наприклад, дозволяє дуже швидко розмножувати найбільш цінні особини рослин, які відрізняються гарною врожайністю, підвищеною стійкістю до хвороб або іншими якостями. Особливо важливо це для вирощування дерев, бо значно підвищує швидкість їх розмноження (мал. 55.3).

Мал. 55.3. Клонування рослин — одна з поширених сучасних біотехнологій

Генетична інженерія

Суть генетичної інженерії полягає в штучному створенні генів з потрібними властивостями і введення їх у відповідну клітину. Перенесення гена здійснює вектор (рекомбінантна ДНК) — спеціальна молекула ДНК, сконструйована на основі ДНК вірусів або плазмід, яка містить потрібний ген і здатна транспортувати його до клітини та забезпечити його вбудовування в її генетичний апарат.

Для маркування роботи генетичних конструкцій, які вносять у клітини організмів під час молекулярно-генетичних досліджень, використовують ген GFP, виділений з медузи. Він забезпечує синтез флуоресцентного білка, який світиться в темряві (мал. 55.4).

Мал. 55.4. Використання маркування клітин організмів за допомогою гена GFP

Генетична інженерія широко використовується як у наукових дослідженнях, так і в новітніх методах селекції.

Біотехнологія — це сукупність промислових методів, які застосовують для виробництва різних речовин з використанням живих організмів, біологічних процесів чи явищ. Традиційна біотехнологія ґрунтується на явищі ферментації — використанні у виробничих процесах ферментів мікроорганізмів. Клітинна інженерія — це галузь біотехнології, яка розробляє й використовує технології культивування клітин і тканин поза організмом у штучних умовах. Генетична інженерія — це галузь біотехнології, яка розробляє й використовує технології виділення генів з організмів і окремих клітин, їх видозмінення та введення в інші клітини або організми.

Перевірте свої знання

1. Що таке біотехнологія? 2. Що таке ферментація? Що виготовляють за допомогою цього процесу? 3. Що таке клітинна інженерія? 4. Що таке генетична інженерія? 5. Для чого використовують технології клітинної інженерії? 6. У яких галузях сучасного виробництва використовують традиційну біотехнологію? 7. Складіть перелік продуктів і речей, що ви використовували протягом дня і які є продуктом біотехнології. 8*. Які біологічні та екологічні проблеми можуть виникати під час використання технологій генетичної інженерії?

Зміст