Многообразие сфер применения биотехнологий

Биотехноло­гии успешно применяются в некоторых «экзотических» отраслях. Так, во многих странах микробная биотехнология используется для повышения нефтеотдачи. Микробиологические технологии исключительно эффективны и при получении цветных и благо­родных металлов. Если традиционная технология включает в себя обжиг, при котором в атмосферу выбрасывается большое количе­ство вредных серосодержащих газов, то при микробной техноло­гии руда переводится в раствор (микробное окисление), а затем путем электролиза из него получают ценные металлы.

Использование метанотрофных бактерий позволяет снизить концентрацию метана в шахтах. А для отечественной угледобы­чи проблема шахтного метана всегда была одной из самых ост­рых: по статистике, из-за взрывов метана в шахтах каждый добы­тый 1 млн т угля уносит жизнь одного шахтера.

Созданные биотехнологическими методами ферментные пре­параты находят широкое применение в производстве стиральных порошков, в текстильной и кожевенной промышленности.

Космическая биология и медицина изучают закономерности функционирования живых организмов, прежде всего человечес­кого, в условиях космоса, космического полета, пребывания на других планетах и телах Солнечной системы. Одним из важных направлений в этой области является разработка космических биотехнологий — замкнутых биосистем, предназначенных для функционирования в условиях длительного космического поле­та. Созданная отечественной наукой система такого рода способ­на обеспечить жизнедеятельность космонавтов в течение 14 лет. Этого вполне достаточно для реализации космической мечты че­ловечества — полета к ближайшим планетам Солнечной системы, прежде всего к Марсу.

Таким образом, современные биотехнологии исключительно разнообразны. Не случайно XXI в. нередко называют веком био­технологии. Важнейшим ответвлением биотехнологии, открыва­ющим самые ошеломляющие перспективы перед человечеством, является генная инженерия.

Развитие генной инженерии.

Генная инженерия возникла в 1970-е гг. как раздел молекулярной биологии, связанный с целенап­равленным созданием новых комбинаций генетического материала, способного размножаться (в клетке) и синтезировать конечные про­дукты. Решающую роль в созданий новых комбинаций генети­ческого материала играют особые ферменты (рестриктазы, ДНК-лигазы), позволяющие рассекать молекулу ДНК на фрагменты в строго определенных местах, а затем «сшивать» фрагменты ДНК в единое целое. Только после выделения таких ферментов стало практически возможным создание искусственных гибридных ге­нетических структур - рекомбинантных ДНК. Рекомбинантная молекула ДНК содержит искусственный гибридный ген (или набор генов) и «вектор-фрагмент» ДНК, обеспечивающий размножение рекомбинированной ДНК и синтез ее конечных продуктов — бел­ков. Все это уже происходит в клетке-хозяине (бактериальной клет­ке), куда вводится рекомбинированная ДНК.

Генная инженерия – технология, с помощью которой можно изменить строение генов или внести в организм чужеродные гены с заданными функциями или – это искусственный перенос нужных генов от одного вида живых организмов (бактерий, животных, растений) в другой вид, часто очень отдаленный по происхождению.

В основе генной инженерии лежит возможность целенаправленного манипулирования с фрагментами нуклеиновых кислот.

Методами генной инженерии сначала были получены транс­генные микроорганизмы, несущие гены бактерии и гены онкогенного вируса обезьяны, а затем — микроорганизмы, несущие в себе гены мушки дрозофилы, кролика, человека и т.д. Впослед­ствии удалось осуществить микробный (и недорогой) синтез мно­гих биологически активных веществ, присутствующих в тканях животных и растений в весьма низких концентрациях: инсулина, интерферона человека, гормона роста человека, вакцины против гепатита, а также ферментов, гормональных препаратов, клеточ­ных гибридов, синтезирующих антитела желаемой специфичнос­ти, и т.п.

Генная инженерия открыла перспективы конструирования но­вых биологических организмов - трансгенных растений и живот­ных с заранее запланированными свойствами. По сути, непреодо­лимых природных ограничений для синтеза генов нет (так, суще­ствуют программы по созданию трансгенной овцы, покрытой вместо шерсти шелком; трансгенной козы, молоко которой со­держит ценный для человека интерферон; трансгенного шпина­та, который вырабатывает белок, подавляющий ВИЧ-инфекции, и др.). Возникла новая отрасль промышленности - трансгенная биотехнология, занимающаяся конструированием и применени­ем трансгенных организмов. (Сейчас в США функционирует уже около 2500 генно-инженерных фирм.)