Дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с…

Текст к заданию

Биотехноло́гия – дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии. Биотехнологией часто называют применение генной инженерии в XX-XXI веках, но термин относится и к более широкому комплексу процессов модификации биологических организмов для обеспечения потребностей человека, начиная с модификации растений и животных путём искусственного отбора и гибридизации. С помощью современных методов традиционные биотехнологические производства получили возможность улучшить качество пищевых продуктов и увеличить продуктивность живых организмов. До 1971 года термин «биотехнология» использовался, большей частью, в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. С 1970 года учёные используют термин в применении к лабораторным методам, таким, как использование рекомбинантной ДНК и культур клеток, выращиваемых in vitro. Биотехнология основана на генетике, молекулярной биологии, биохимии, эмбриологии и клеточной биологии, а также прикладных дисциплинах — химической и информационной технологиях и робототехнике. Пивоварение было одним из первых применений биотехнологии. Впервые термин «биотехнология» применил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 году. Использование в промышленном производстве микроорганизмов или их ферментов, обеспечивающих технологический процесс, известно издревле. В 1814 году петербургский академик К. С. Кирхгоф открыл явление биологического катализа и пытался биокаталитическим путём получить сахар из доступного отечественного сырья (до середины XIX века сахар получали только из сахарного тростника). В 1891 году в США японский биохимик Дз. Такамине получил первый патент на использование ферментных препаратов в промышленных целях: учёный предложил применить диастазу для осахаривания растительных отходов. В начале XX века активно развивалась бродильная и микробиологическая промышленность. В эти же годы были предприняты первые попытки наладить производство антибиотиков, пищевых концентратов, полученных из дрожжей, осуществить контроль ферментации продуктов растительного и животного происхождения. Первый антибиотик – пенициллин – удалось выделить и очистить до приемлемого уровня в 1940 году, что дало новые задачи: поиск и налаживание промышленного производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами, работа над удешевлением и повышением уровня биобезопасности новых лекарственных препаратов. Среди важных достижений биоинженерии можно упомянуть разработку искусственных суставов, магнитно-резонансной томографии, кардиостимуляторов, артроскопии, ангиопластики, биоинженерных протезов кожи, почечного диализа, аппаратов искусственного кровообращения и др. В мире уже созданы ряд технологий для наномедицинской отрасли. К ним относятся адресная доставка лекарств к больным клеткам, лаборатории на чипе, новые бактерицидные средства. Биотехнологические культуры – основа продовольственной безопасности, а также стратегический инструмент борьбы с голодом. Ключевой особенностью данных культур является их повышенная выносливость к суровым климатическим условиям, а также меньшая уязвимость перед болезнями и вредоносными насекомыми. Наиболее активно биотехнологические культуры используются в США. По состоянию на 2012 год в мире насчитывалось более 170 млн. га посевов биотех-культур, при этом часть США в данном объеме составила 69,5 млн. га. Наибольшей популярностью среди биотехнологических культур в США пользуются соя, рапс, кукуруза. С учетом очень низкой частоты спонтанных мутаций и связанной с ней трудности их обнаружения нельзя переоценить значение для селекции искусственного мутагенеза, при котором частота мутаций возрастает в десятки и сотни раз. Основное значение сыграло открытие универсального мутагенного эффекта рентгеновского излучения, а также создание химических веществ — супермутагенов. В числе первых ионизирующие излучения в селекции растений использовали отечественные генетики А.А. Сапегин и Л.Н. Делоне (20–30 гг. ХХ в.). Ими была получена целая серия хозяйственно-полезных мутантных форм пшеницы. Их работы положили начало развитию радиационной селекции растений, пик которой пришелся на конец 50-х гг., а активные исследования продолжались более двух десятилетий. Облучению подвергаются семена, почки или пыльца, в зависимости от цели исследования. Радиационная селекция дала много положительных результатов: выведены ценные сорта яровой пшеницы, ячменя, овса, сои, гороха, томатов и других культур. Использование в селекции химического мутагенеза в странах СНГ связано с именем профессора И.А. Рапопорта, в лаборатории которого были получены многие эффективные мутагены. На основе химического мутагенеза созданы многие сорта картофеля, табака, томатов, перца и других культур. В частности, во ВНИИ масличных культур этим методом создан сорт подсолнечника Первенец (оливковый мутант), в масле которого содержится до 75% олеиновой кислоты. По качеству оно не уступает маслу, добываемому из плодов субтропического вечнозеленого оливкового дерева. В Алматы институт «Плодоводства и виноградарства» на основе химического мутагенеза занимается выращиванием высокоурожайных и устойчивых к различным заболеваниям, в частности, мучнистой росе, земляники и винограда. Технологическая составляющая даже в такой традиционной отрасли экономики как сельское хозяйство уже сегодня является ключевой. В будущем данная тенденция будет только усиливаться. Постоянно растущий спрос на сельхозпродукцию, вызванный ростом населения, будет вынуждать аграриев выращивать больше. При этом количество земли как физического ресурса, вследствие природных процессов и антропогенного влияния будет сокращаться. Земля — это ограниченный ресурс, продуктивность которого зависит от эффективности его использования. К примеру, в США урожайность кукурузы с гектара составляет порядка 73 центнеров, в то время как в Индии — всего 25 центнеров. И дело не только в климате, но и в технологиях. Именно они сегодня определяют конкурентоспособность как небольших фермерских хозяйств, так и больших агрокомпаний. Использование карликовых мутантов у пшеницы, ячменя, риса, кукурузы и других растений позволило создать короткостебельные сорта зерновых культур интенсивного типа, которые по урожайности в несколько раз превосходили обычные сорта. Широкое внедрение их в сельскохозяйственное производство породило термин “зеленая революция”. Зако́н гомологи́ческих рядов — закон наследственной изменчивости, сформулированный Н.И. Вавиловым в 1920 году, устанавливает параллелизм в изменчивости родственных групп растений, в основе которого лежит гомология генов (их одинаковое молекулярное строение) и гомология (сходство) в порядке их расположения в хромосомах у родственных видов. Главная ценность закона гомологических рядов в наследственной изменчивости состоит в его прогностической сущности, позволяющей вести целенаправленный поиск гендоноров адаптивно значимых и хозяйственно ценных признаков.