Биотехнология. Наука биотехнология. Этапы развития биотехнологии.

Обновлено: 16.05.2024

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".

Красная, зеленая, синяя биотехнология - определение и этапы

Почти все люди никогда не занимались биотехнологией в повседневной жизни и они не понимают, что означает этот термин. Однако если им сказать, что производство сыра, изготовление вина это примеры биотехнологии, то они начинают немного понимать, что подразумевается под этим понятием.

С древних времен в производстве продуктов питания доминировала биотехнология.

Определение биотехнологии

Определение биотехнологии видно из корня слова, происходящего от “био», означающего жизнь, и “технологии», означающие систему , то есть понимание использования организмов или живых систем для решения той или иной проблемы, или для производства полезных продуктов.

Биотехнология — это термин, который используется для демонстрации применения системной биологии, направленной на производство продукта, соответствующего человеческому желанию.

Биотехнология наука представляющая комплексное применение биохимии, микробиологии и химической инженерии с целью получения результатов применения технологии с возможностью культивирования микробов, клеток или тканей в области промышленности, здравоохранения и сельского хозяйства.

Биотехнология как биологические процессы, осуществляемые микроорганизмами, которые используются человеком и приносят ему пользу.

Некоторые принципы биотехнологии:

Биологические агенты (микроорганизмы, ферменты, клетки растений и животных).
Утилизация для технологических и промышленных целей.
Полученные продукты и услуги.

Принципы биотехнологии используются для повышения продуктивности и качества пищевых продуктов, фермерских хозяйств, а также для решения реальных проблем в области здравоохранения путем предоставления новых вакцин в некоторых ферментах с помощью технологии рекомбинантной ДНК.

Биотехнология вообще означает повышение качества организма за счет применения технологий. Применение этих технологий может изменить биологическую функцию организма путем добавления генов из других организмов или измененных генов в организме. Изменение биологической природы с помощью генной инженерии приводит к «рождению нового организма» как биотехнологического продукта, обладающего полезными для человека свойствами.

Применяется в таких отраслях промышленности, как разработка и производство новых соединений, а также производство возобновляемых источников энергии. Путем манипулирования микроорганизмами, такими как бактерии, дрожжи или пивные дрожжи, которые производят ферменты и организмы созданные для облегчения процесса производства и переработки промышленных отходов. Выщелачивание (отбеливание) нефти и минералов из почвы для повышения ее эффективности добычи, пластика является экологически чистым, а также изготовление пива на дрожжах.
Биотехнология тесно связана с планетой. Одним из факторов, разрушающих земную атмосферу, является углекислый газ, образующийся при горении на заводах или в автомобиле. Изготовление дымохода с принципом коагуляции позволяет углекислому газу, который вырабатывается установкой, собираться и не выходить в свободный воздух.

Производство биоэтанола и биодизеля является одной из задач сокращения выбросов углекислого газа. Топливо использует растения и водоросли в качестве сырья для производства. Эти технологии направлены на сокращение использования нефти, которые сокращаются.

Красная биотехнология

Медицина это отрасль которая подтверждает определение биотехнологии. Ее сфера охвата охватывает весь спектр медицины человека, начиная от стадий:

Профилактика. Это направление где мы можем увидеть, как работает тот или иной препарат в предотвращении появления нового вируса.
Диагноз. Через это направление можно диагностировать заболевание, что мы на самом деле испытываем и знаем, как или какие лекарства можно использовать.
Лечение. Это последний этап, на котором мы можем узнать, какие лекарства мы можем применить.

Одним из примеров применения биотехнологии является использование организмов для производства лекарств и вакцин, пенициллина, стволовых клеток для регенеративной медицины и генной терапии для лечения генетических заболеваний с помощью замены аномального на нормальный ген.
Красная биотехнология имеет некоторые продукты, которые в настоящее время все еще являются предметом споров, такие как клонирование — это размножение живого существа и генная инженерия. С помощью клонирования можно создать новый организм, который точно соответствует оригиналу, будь то человек или животное. Реальный пример результатов клонирования — овечка Долли.

Генная инженерия позволяет модифицировать дефект или недостаток в живых существах.
С помощью генной инженерии аутизм может быть уничтожен, синдром Дауна может быть устранен, цвет кожи может быть изменен, форма лица может быть изменена и т. д.
Несмотря на наличие благих намерений, непосредственно генетически не модифицированные представители природы человека никогда не бывают удовлетворены и благодарны тому, что получают.

Зеленая биотехнология

Зеленая биотехнология означает её применение в сельском хозяйстве и животноводстве.
В области сельского хозяйства играет важную роль в производстве растений, устойчивых к вредителям, пищевых продуктов с более высоким содержанием питательных веществ, а также растений, производящих полезные лекарственные препараты или соединения. Между тем, в области животноводства животные использовались в качестве «биореакторов» для производства важных продуктов, например козы, коровы, овцы и куры были использованы в качестве продуцента антител-защитных белков, которые помогают организму распознавать и бороться с чужеродными соединениями (антигенами).

Генетически модифицированные продукты питания — это один из продуктов зеленой биотехнологии, которые известны. Генно модифицированная пища имеет питательный состав, который может быть установлен в соответствии с потребностями питания человека. Одним из продуктов ГМО является еда с витаминами и минералами, такими как маргарин и сливочное масло с витамином А.
Золотой рис — горячая тема среди ученых диетологов. Золотой рис-это результат инженерного воздействия на рис, поэтому зерна риса, которые производятся, окрашиваются в золотисто-желтый цвет, потому что он был дополнен бета-каротином. Золотой рис был сделан для предотвращения дефицита витамина А у маленьких детей в Африке.

Синяя биотехнология

Синяя биотехнология представляет морские или прибрежные организмы, которые контролируют процессы, происходящие в водной среде. Развитие синей биотехнологии, в том числе генной инженерии для производства устриц, устойчивых к болезням и вакцины против вируса, поражающего лосося и других рыб.
Другой пример — трансгенный лосось, у которого есть гормон роста, в результате чего скорость роста высока за короткое время. Одним из этих направлений является производство морских водорослей, генная инженерия на рыбе для изменения размера рыбы и производство жемчуга.

Этапы развития биотехнологии

В своем развитии биотехнология поддерживала науки, основанные на молекулярной биологии, как молекулярная биология, молекулярная генетика, клетки, ткани и биохимия.
Область изучения на молекулярном уровне, требующая эффективности и точности сложных вычислений была не всегда.

Развитие биотехнологии делится на четыре этапа следующим образом:

Первый этап

Этот этап также известен как эпоха Пастера, которая характеризуется использованием микробов (бактерии, плесень, дрожжи ) для консервации продуктов питания/напитков за счет использования традиционных микробов.
Типичный напиток японцев (сакэ), пиво, вино, сыр, йогурт и традиционная еда (кефир) являются примерами результатов биотехнологического процесса. До 1920-х годов использование микробов развивалось также для производства химических веществ (ацетон, бутанол, лимонная кислота) и биомассы.

В 6000 году до нашей эры народ Вавилона сумел сделать пиво с ферментативным микроорганизмом как самый древний процесс биотехнологии.
Три тысячи лет спустя люди Шумера смогли развить производство пива, с самыми разнообразными вкусами (20 видов). До сих пор с помощью этой технологии можно расширять возможности этих видов напитков.

Второй этап

Биотехнология второго этапа началась, когда был открыт пенициллин Флемингом (1929) и начало его применения в промышленных масштабах в 1944 году. Этот процесс представляет форму брожения в месте загрязнения другими микроорганизмами. Ферментация — это процесс разложения соединения, с помощью микроорганизмов. Некоторые виды продуктов, возникающих в процессе разложения: этанол, уксусная кислота, лимонная кислота, молочная кислота и глицерин. Теперь процесс компостирования или переработки отходов также является примером такого типа ферментации. Второе поколение также известно как эра антибиотиков.

Третий этап

Определение биотехнологии третьего поколения стремительно взлетела в середине 1970-х годов с внедрением генной инженерии для манипулирования и улучшения свойств организма как “агента”, играющего важную роль в биоиндустрии.
Этот процесс протекает в стерильных условиях. Биотехнология третьего поколения включает биологические процессы без допуска посторонних микроорганизмов, которые загрязняют процесс. Разработаны различные продукты биологического или фармацевтического медицинского назначения имеющие высокую ценность, такие как интерфероны, гормоны и вакцины, полученные благодаря генной инженерии. Некоторые примеры таких продуктов как лекарственные средства-антибиотики (пенициллин, тетрациклин, стрептомицин, клоромфеникол, а также витамин В12, гиберин, кортизон или другие стероиды, аминокислоты, особенно глутаминовая кислота и различные ферменты. Гибридомная технология слияния двух клеток найдена британским учёным иммунологом Мильштейном в 1975 году открыла эру для производства антител на третьем этапе развития.

Четвертый этап

Эта волна стартовала с начала 21 века и характеризуется инженерной структурой фермента, изучаемого в области белковой инженерии.

Процесс развития биотехнологии не может быть отделен от роли ферментов как биокатализатора. Оценка свойств и кинетики (микроскопическая теория процессов) ферментативных реакций и разработка аналитического оборудования. Были разработаны кристаллографический рентген и масс-спектрометрия для идентификации вещества. Четвертое поколение также известно как эра разработки ферментов / белков для борьбы с коронавирусом.

Определение, сущность, этапы и хронология развития биотехнологии, ее взаимосвязь с биоорганической химией в современных условиях. Анализ и характеристика исследований Л. Пастера. История прогрессирования и особенности применения техники секвенирования.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	02.03.2010
Размер файла	22,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Федеральное агентство по здравоохранению и социальному развитию РФ

ГОУ ВПО «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ РОСЗДРАВА»

Кафедра Фармацевтической технологии

Этапы развития биотехнологии

студентка группы 61

Иванова Жанна Владимировна

1. Определение биотехнологии 4

2. Этапы развития биотехнологии 5

3. История развития биотехнологии (даты, события) 9

Список литературы 12

Биотехнология -- одна из важнейших современных научных дисциплин, необходимых фармацевту, работающему как в лабораториях и цехах предприятий, выпускающих лекарственные средства, так и в аптеках и контрольных учреждениях. В каждом случае помимо знания общих основ этой науки (и сферы производства) обязательно также глубокое знакомство с теми ее разделами, которые будут наиболее близки профилю работы специалиста. Знакомство с биотехнологией необходимо всем выпускникам медицинских вузов независимо от их специализации: биотехнологические методы все более интенсивно проникают в практику диагностики, профилактики и лечения различных заболеваний, современные же концепции биотехнологии способствуют формированию мировоззрения человека, адекватного стремительному течению научно-технического прогресса в современном мире.

В общем смысле технология, как правило, связана с производством, целью которого является удовлетворение потребностей человеческого общества. Иногда высказывается мнение, что биотехнология -- это осуществление природного процесса в искусственных, созданных человеком условиях. Однако в последнее десятилетие на основе биотехнологических методов в биореакторах (техногенных нишах) воспроизводятся не только природные, но и не протекающие в природе процессы с использованием ферментов (биокатализаторов -- бесклеточных ферментных комплексов), одноклеточных и многоклеточных организмов.

1. Определение биотехнологии

Общепризнано, что содержанием биотехнологии является использование достижений фундаментальных биологических наук в практических целях. Четверть века назад Европейская федерация по биотехнологии выдвинула следующий тезис: «Биотехнология -- применение биологических систем и процессов в промышленности и сфере услуг», не подчеркнув научное содержание биотехнологии; кроме того, слишком широким представляется понятие «сфера услуг». На одном из конгрессов 10 лет спустя было дано более подробное определение: «Биотехнология -- это наука об основах реализации процессов получения с помощью биокатализаторов разных продуктов и об использовании таких процессов при защите окружающей среды», все же неоправданно сужающее ее возможности.

В некоторых учебных пособиях биотехнология трактуется как «направление научно-технического прогресса, использующее биологические процессы и агенты для целенаправленного воздействия на природу, а также в интересах промышленного получения полезных для человека продуктов, в частности лекарственных средств».

Из этого и предыдущих определений следует, что биотехнология -- и наука, и сфера производства. Она включает разделы энзимологии, промышленной микробиологии, прикладной биохимии, медицинской микробиологии и биохимии, а также разделы, связанные с конструированием заводского оборудования и созданием специализированных поточных линий.

В современных условиях нередко наблюдается тесное переплетение биотехнологии и биоорганической химии. Так, при получении многих лекарственных веществ используются перемежающиеся этапы био- и органического синтеза с последующей трансформацией целевых продуктов, осуществляемой биологическим или химическим методом. При обсуждении перспектив биотехнологии и ее стратегических целей все чаще подчеркивается ее связь с молекулярной биологией и молекулярной генетикой. Широкое распространение получило понятие молекулярной биотехнологии как научной дисциплины, уже в основном сформировавшейся на стыке технологии рекомбинантной ДНК (генетическая или генная инженерия) и традиционных биологических дисциплин, в первую очередь микробиологии, что объясняется техническими причинами более легкого оперирования микробными клетками. Ведется конструирование новых продуцентов биологически активных веществ с помощью технологии рекомбинантной ДНК. В настоящее время бурно развивается и такая область молекулярной генетики как геномика, основная цель которой - полное познание генома, т.е. совокупности всех генов любой клетки, включая клетки человека. Путем секвенирования -- установления полной последовательности нуклеотидов в каждом без исключения гене создается своеобразное «досье», отражающее не только видовые, но и индивидуальные особенности организма.

В проблемных научных статьях можно встретить рассчитанные на эффект и свободные от каких-либо догм высказывания о биотехнологии некоторых крупных экспериментаторов, носящие своего рода мировоззренческий характер, например: «Биотехнология -- это приближение к Богу». Здесь подразумевается, что такая кардинальная цель молекулярной биологии и молекулярной генетики как познание генома человека -- это заигрывание с Богом, а последующее оперирование геномом, его совершенствование (область биотехнологии) -- попытка человека приблизиться по могуществу к Богу.

2. Этапы развития биотехнологии

В развитии биотехнологии выделяют следующие периоды:

Последний специально отделяется от предыдущего, так как биотехнологи уже могут создавать и использовать в производстве неприродные организмы, полученные генно-инженерными методами.

1) Эмпирическая биотехнология неотделима от цивилизации, преимущественно как сфера производства (с древнейших времен -- приготовление теста, получение молочнокислых продуктов, сыро-, виноделие, пивоварение, ферментация табака и чая, выделка кож и обработка растительных волокон). В течение тысячелетий человек применял в своих целях ферментативные процессы, не имея понятия ни о ферментах, ни о клетках с их видовой специфичностью и, тем более, генетическим аппаратом. Причем прогресс точных наук долгое время не влиял на технологические приемы, используемые в эмпирической биотехнологии.

2) Быстрое развитие биотехнологии как научной дисциплины с середины XIX в. было инициировано работами Л. Пастера (1822 -- 1895).

Именно Л.Пастер ввел понятие биообъекта, не прибегая, впрочем, к такому термину, доказал «живую природу» брожений: каждое осуществлявшееся в производственных условиях брожение (спиртовое, уксусно-, молочнокислое и т.д.) вызывается своим микроорганизмом, а срыв производственного процесса обусловлен несоблюдением чистоты культуры микроорганизма, являющегося в данном случае биообъектом.

Практическое значение этих исследований Л. Пастера сводится к требованию поддержания чистоты культуры, т.е. к проведению производственного процесса с индивидуальным, имеющим точные характеристики биообъектом.

Позднее, приступив к работам в области медицины, Л. Пастер исходил из своей концепции о причине заразных болезней, сводя ее в каждом случае к конкретному, определенному микроорганизму. Хотя техника того времени не позволяла увидеть возбудителя инфекции, как, например, в случае вируса бешенства, однако Л.Пастер считал, что «мы его не видим, но мы им управляем». Целенаправленное воздействие на возбудителя инфекции (в целях ослабления его патогенности) позволяет получать вакцины.

Ослабленный патоген и животное, в организм которого он введен, могут рассматриваться как своеобразный биообъект, а получаемая вакцина - как биотехнологический препарат. Л. Пастер создал строго научные основы получения вакцин, тогда как замечательные достижения Э.Дженнера в борьбе с оспой были результатом освоения эмпирического опыта индийской медицины.

3) Современная биотехнология, основанная на достижениях молекулярной биологии, молекулярной генетики и биоорганической химии (на практическом воплощении этих достижений), выросла из биотехнологии Л.Пастера и, являясь также строго научной, отличается от последней прежде всего тем, что способна создавать и использовать в производстве неприродные биообъекты, что отражается как на производственном процессе в целом, так и на свойствах новых биотехнологических продуктов.

В результате серий публикаций в 1960-х гг. в литературу были внедрены принципиально важные для биотехнолога понятия «оперон» и «структурный ген».

В 1980 г. Верховный суд США признал, что генно-инженерные микроорганизмы могут быть запатентованы, а развитие биотехнологических методов получило юридический статус.

В 1990 г. произошли два принципиально важных события: была разрешена генотерапия (но только применительно к соматическим клеткам человека, т.е. без передачи чужого гена потомству) и утвержден международный проект «Геном человека». Образно говоря, человеку было юридически разрешено познавать свою сущность.

В настоящее время интенсивно растет количество таких успешно применяемых в медицине биотехнологических продуктов, как рекомбинантные белки, вторичные метаболиты микроорганизмов и растений, а также полусинтетических лекарственных агентов, являющихся продуктами одновременно био- и оргсинтеза.

В последние годы родилась новая отрасль генетики - геномика, изучающая не отдельные гены, а целые геномы. Достижения молекулярной биологии и генной инженерии дали человеку возможность читать генетические тексты вначале вирусов, бактерий, дрожжевых грибков, многоклеточных животных. Например, знание геномной структуры патогенных бактерий очень важно при создании рационально сконструированных вакцин, для диагностики и других медицинских целей.

Апрель 2003 года ознаменовался сенсацией в биологии и медицине: Международный консорциум по составлению генетической карты человека (Центр геномного секвенирования: Вашингтонский университет и Сенгеровский центр в Кембридже) опубликовал заявление, что удалось полностью расшифровать геном человека. Титанический труд сотен исследователей из США, Великобритании, Германии, Франции, Японии и Китая занял более 10 лет и обошелся почти в 3 млрд долларов. При этом были разработаны высокоэффективные технологии и инструменты картирования, такие как коллекции клеток, в которых есть небольшие фрагменты каждой из хромосом или искусственные дрожжевые хромосомы, содержащие крупные фрагменты хромосом человека, бактериальные и фаговые векторы, позволяющие размножить (клонировать) фрагменты ДНК человека. Быстро прогрессировала техника секвенирования (например, многоканальный капиллярный электрофорез ускорил и удешевил расшифровку первичной структуры ДНК). Созданы компьютерные программы, позволяющие находить гены в расшифрованных участках ДНК.

3. История развития биотехнологии (даты, события)

1917 - введен термин биотехнология;

- произведен в промышленном масштабе пенициллин;

- показано, что генетический материал представляет собой ДНК;

1953 - установлена структура инсулина, расшифрована структура ДНК;

1961 - учрежден журнал «Biotechnology and Bioengineering»;

1961-1966 - расшифрован генетический код, оказавшийся универсальным для всех организмов;

1953 - 1976 - расшифрована структура ДНК, ее функции в сохранении и передаче организмом наследственной информации, способность ДНК организовываться в гены;

1963 - осуществлён синтез биополимеров по установленной структуре;

1970 - выделена первая рестрикционная эндонуклеаза;

- осуществлён синтез ДНК;

1972 - синтезирован полноразмерный ген транспортной РНК;

1975 - получены моноклональные антитела;

1976 - разработаны методы определения нуклеотидной последовательности ДНК;

1978 - фирма «Genentech» выпустила человеческий инсулин, полученный с помощью Е. соli;

- синтезированы фрагменты нуклеиновых кислот;

- разрешена к применению в Европе первая вакцина для животных, полученная по технологии рекомбинантных ДНК;

1983 - гибридные Ti - плазмиды применены для трансформации растений;

1990 - официально начаты работы над проектом «геном человека»;

1994 - 1995 - опубликованы подробные генетические и физические карты хромосом человека;

1996 - ежегодный объем продаж первого рекомбинантного белка (эритропоэтина) превысил 1 млрд долларов;

1997 - клонировано млекопитающее из дифференцированной соматической клетки;

2003 - расшифрован геном (набор генов, присущий организму) человека, содержащий приблизительно 30 тысяч генов и три миллиарда «букв» молекул ДНК.

В настоящее время биотехнология решает проблемы не только медицины или создания пищевых продуктов путем ферментации (традиционной области ее применения); с ее помощью ведется, например, разработка полезных ископаемых, решается проблема энергоресурсов, ведется борьба с нарушениями экологического равновесия и т.д. В некоторых странах (например, Японии) биотехнология объявлена «стратегической индустрией», а в других (например, Израиле) включена в число научных направлений с указанием «национальный приоритет». В США число биотехнологических фирм за 1985 -- 2005 гг. достигло полутора тысяч. В Европе их несколько сотен.

Характерен рост числа специализированных периодических изданий по биотехнологии, выпускаемых в разных странах, международных и региональных биотехнологических конгрессов и конференций.

3. Албертс Б., Брэй Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. М.: Мир, 1994 г., 444 с.

4. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. В 2-х томах. М.: Мир, 1989 г.

5. Биотехнология: Учебное пособие для ВУЗов /Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова.- М.: Высшая школа, 1987.

6. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов. М.: Элевар, 2000 г., 512 с.

7. Манаков М.Н., Победимский Д.Г. Теоретические основы технологии микробиологических производств. М.: Агропромиздат, 1990 г., 272 с.

8. Матвеев В.Е. Научные основы микробиологической технологии. М.: Агропромиздат, 1985 г., 224 с.

9. Основы фармацевтической биотехнологии: Учебное пособие / Т.П. Прищеп, В.С. Чучалин, К.Л. Зайков, Л.К. Михалева. - Ростов-на-Дону.: Феникс; Томск: Издательство НТЛ, 2006.

10. Сазыкин О.Ю. Биотехнология: учеб. пособие для студентов высш. учеб. заведений / Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева; под ред. А.В. Катлинского. - 3-е изд., стер. - М. : Издательский центр «Академия», 2008.

11. Щелкунов С.А. Генетическая инженерия. Ч.1. Новосибирск: НГУ, 1994 г.

Подобные документы

Промышленное использование биологических процессов на основе микроорганизмов, культуры клеток, тканей и их частей. История возникновения и этапы становления биотехнологии. Основные направления, задачи и методы: клонирование, генная и клеточная инженерия.

презентация [1,5 M], добавлен 22.10.2016

Основные разделы биотехнологии и их характеристика. Клетка как объект биотехнологических исследований. Механизмы синтеза и распада веществ в живой клетке. Биополимеры и их производные. Классификация направлений пищевой биотехнологии по целевым продуктам.

курсовая работа [72,0 K], добавлен 15.12.2014

Понятие и сущность биотехнологии, история ее возникновения. Основные направления и методы биотехнологии. Генная и клеточная инженерия. "Три волны" в создании генно-модифицированных растений. Трансгенные животные. Методы иммобилизации ферментов и клеток.

реферат [25,0 K], добавлен 11.01.2013

Возникновение биотехнологии. Основные направления биотехнологии. Биоэнергетика как раздел биотехнологии. Практические достижения биотехнологии. История генетической инженерии. Цели, методы и ферменты генной инженерии. Достижения генетической инженерии.

реферат [32,4 K], добавлен 23.07.2008

История развития Биотехнологии. Генетическая инженерия как важная составная часть биотехнологии. Осуществление манипуляций с генами и введение их в другие организмы. Основные задачи генной инженерии. Генная инженерия человека. Искусственная экспрессия.

презентация [604,9 K], добавлен 19.04.2011

Естественнонаучные основы современных технологий. Научно-технический прогресс как единое, взаимообусловленное развитие науки и техники, производства и сферы потребления. Современные биотехнологии. Интеграция биологического и социо-гуманитарного знания.

реферат [32,5 K], добавлен 11.02.2011

Биотехнология, её направления: генная инженерия, клонирование. Роль клеточной теории в становлении биотехнологии. Значение биотехнологии для развития селекции, сельского хозяйства, микробиологической промышленности, сохранения генофонда планеты.

Урок 29. Биотехнология и прогресс человечества

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: Какой смысл вкладывают в понятия «биотехнология», «генная инженерия», «генетически модифицированные организмы», «клонирование»? Каковы ключевые этапы развития биотехнологии? Какие существуют современные направления развития биотехнологий? Каков вклад биотехнологии в развитие цивилизации? Каковы перспективы развития и проблемы использования современных достижений биотехнологии? Каковы перспективы дальнейшего развития биотехнологии?

Глоссарий по теме:

Биотехнология - это дисциплина, которая исследует возможности использования организмов для решения актуальных технологических задач, а также возможности создания организмов с необходимыми для хозяйственной деятельности свойствами.

Генетически модифицированные организмы - организмы, в генотип которых внесены изменения искусственным путем.

Генная инженерия - это метод биотехнологии и направление молекулярной биологии, в рамках которого осуществляется исследование и выделение генов из клеток живых организмов для последующей манипуляции.

Клонирование - это процесс получения искусственным путем потомков идентичных прототипу (клонов).

Клеточная инженерия - это метод биотехнологии - выращивание в специальных условиях культур клеток живых организмов для проведения исследований, а также для медицинских целей - например, выращивание тканей человека для последующей трансплантации.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

1. Естествознание. 11 класс: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. - 3-е изд., испр. - М.: Просвещение, 2017. - С. 141-145.

2. Егорова Т. А., Клунова С. М., Живухин Е. А. Основы биотехнологии. - М., 2003. - С. 56-79.

Открытые электронные ресурсы по теме урока:

Теоретический материал для самостоятельного изучения

На современном этапе уровень развития науки позволяет человеку использовать не только различные вещества и материалы для своих целей, но и живых организмов, что открывает новый этап развития цивилизации - этап активного развития биотехнологий.

Биотехнология - это дисциплина, которая исследует возможности ис-пользования организмов для решения актуальных технологических задач, а также возможности создания организмов с необходимыми для хозяйственной деятельности свойствами средствами генной инженерии.

Уже сегодня биотехнологии дают возможность обеспечивать человечество необходимыми лекарствами и пищевыми продуктами - например, при помощи генетически модифицированных бактерий существует возможность получать инсулин, жизненно необходимый людям, которые страдают диабетом.

Биотехнология, как прикладная наука, появилась на стыке биологии и нескольких инженерных дисциплин в начале 70-х годов ХХ века. Началом биотехнологии считается метод генной инженерии, используя который биологи сумели перенести генетический материал одного организма в другой без естественного полового процесса.

Сегодня этот метод позволяет создавать генетически модифицированные организмы (ГМО) - организмы, в генотип которых внесены или убраны искусственным путем дополнительные гены. Процесс создания ГМО предполагает выделение необходимого для внедрения участка генов (участка ДНК) в организме-доноре генетической информации, и выбор участка в ДНК организма-акцептора (принимающего), куда будет встроен чужой генетический материал. Затем, при помощи специальных ферментов - рестриктаз происходит «нарезание» цепи ДНК на отдельные участки в местах расположения отдельных нуклеотидов, и встраивание нарезанных участков в ДНК организма-акцептора.

Сегодня генетически модифицированные организмы широко используются в сельском хозяйстве - без них невозможно было бы обеспечить население достаточным количеством пищевых ресурсов. В то же время, широко освещается точка зрения о вреде употребления ГМО в пищу, которая является неверной, поскольку при переваривании любых организмов животным или человеком весь генетический материал будет разрушен.

Единственный вред, который могут нанести ГМО - это вред генетическому разнообразию популяций, так как создание ГМО предполагает создание генетически идентичных или генетических близких организмов. Большое число генетически однородных особей в популяции, скрещиваясь с особями дикого типа, снижает ее генетическое разнообразие, и следовательно - общую приспособленность к условиям окружающей среды, что негативно сказывается на выживаемости популяций.

В то же время именно ГМО позволяет получать сегодня инсулин, синтезируемый бактериями, что намного дешевле технологии, используемой ранее - добычи инсулина из крови свиней и коров. В медицине используются и многие другие достижения биотехнологии.

К медицинской биотехнологии отнесены такие процессы производства, в ходе которых создаются биологические объекты (вещества, элементы) медицинского назначения. Это, например, витамины, ферменты, антибиотики, вакцины, полисахариды, аминокислоты, которые применяют как самостоятельные или вспомогательные средства.

Сегодня также возможна терапия раковых опухолей, которая базируется на нормализации работы мутированного гена (онкогена, который провоцирует рост опухолевых клеток) и в обучении иммунной системы «распознавать» и атаковать опухолевые антигены и активировать иммунный ответ.

Развитие биотехнологии сегодня достаточно актуально в контексте нехватки ресурсов биосферы для обеспечения и удовлетворения социально-экономических потребностей человеческой цивилизации.

В частности, биотехнология позволяет решить такие проблемы, как:

1. Нехватку качественной пресной воды.

2. Загрязнение окружающей среды, большое количество производимых отходов.

3. Необходимость создания возобновляемых источников энергии.

4. Необходимость получения новых экологически чистых материалов.

Особое развитие сегодня получает клеточная инженерия - как направление биотехнологии. Клеточная инженерия - это метод биотехнологии - выращивание в специальных условиях культур клеток живых организмов для проведения исследований, а также для медицинских целей - например, выращивание тканей человека для последующей трансплантации.

Генная инженерия - это направление молекулярной биологии и метод биотехнологии, в рамках которого осуществляется исследование и выделение генов из клеток живых организмов для последующей манипуляции.

Наиболее спорным прикладным направлением генной инженерии является клонирование. Клонирование - это процесс получения искусственным путем потомков идентичных прототипу - клонов.

Сегодня невозможно представить процесс диагностики некоторых опасных заболеваний без методов биотехнологии. Одно из последних достижений биотехнологии - это метод биосенсоров, которые «ловят» особые маркеры-молекулы, связанные с болезнями, и подают сигналы на датчики. Именно на основе этого разработаны тест-системы на онкологические маркеры, а также различные глюкометры - приборы для измерения уровня глюкозы в крови, необходимые диабетикам.

Биотехнология уже стала и будет в дальнейшем источником не только новых пищевых ресурсов для человека, медицинских препаратов, новых видов энергии, но и получения новых веществ. В то же время, именно сегодня в человеческой цивилизации наиболее остро встают вопросы применения отдельных биотехнологий - как правовые, так и этические.

Выводы. Биотехнология - это дисциплина, которая исследует возможности использования организмов для решения актуальных технологических задач, а также возможности создания организмов с необходимыми для хозяйственной деятельности свойствами средствами генной инженерии.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

1. Организмы, в генотип которых внесены изменения искусственным путем, это:

Правильный ответ: 1. ГМО.

2. Вставьте пропущенные слова в текст:

«Генная ________ - это направление молекулярной биологии, в рамках которого осуществляется исследование и выделение генов из клеток живых организмов для последующей манипуляции».

Понятие биотехнологий: определение, история, виды биотехнологий и практическое их применение

Биотехнология кратко — дисциплина, изучающая возможности применения живых организмов и их систем в решении различных технологических задач, в том числе создания живых организмов с определенными свойствами при помощи генной инженерии.

Биотехнологию в рефератах представляют как понятие, охватывающее широкий спектр процедур, направленных на модификацию живых организмов в соответствии с целями человека.

Тысячелетиями люди пользуются биотехнологиями в сельском хозяйстве, производстве продуктов питания и медицине. Сам термин «биотехнологии» был введен венгерским инженером, которого звали Карл Эреки. Произошло это в 1917 году.

История биотехнологии

Ранняя биотехнология позволила фермерам выбрать и развести культуры, которые сегодня дают самые большие урожаи: в достаточном для поддержания растущего населения количестве.

Так как посевы и поля становились все более объемными, возникли проблемы с их поддержанием. Тогда обнаружили, что отдельные организмы и продукты их переработки вполне эффективно оплодотворяют, восстанавливают азот и борются с вредителями. На протяжении развития сельского хозяйства, фермеры непреднамеренно изменяли генетику культур, вводя их в новые условия и разводя вместе с другими растениями. Все это было первыми формами биотехнологий.

Долгое время люди также пользовались селекцией с целью улучшить производство сельскохозяйственных культур и домашнего скота, чтобы все это потом можно было употреблять в пищу.

Селекция основывалась на том, что организмы, обладающие желательными характеристиками, сопрягались с такими же организмами.

Так получили самые сладкие и крупные зерновые культуры.

Начало 20 века стало временем углубления в основы микробиологии, что привело к изучению различных способов производства. Хаим Вейцман в 1917 году первым применил микробиологическую культуру в промышленном процессе — в производстве кукурузного крахмала.

С развитием биотехнологий связана разработка антибиотиков.

В 1928 году Александр Флеминг открыл плесень Penicillium.

Виды биотехнологий

Существует несколько видов биотехнологий:

биоинженерия;
биомедицина;
наномедицина;
биофармакология;
биоинформатика;
бионика;
генная инженерия.

Практическое применение биотехнологий

Есть 4 крупные промышленные области, в которых активно применяются наработки биотехнологии:

Медицина.
Сельское хозяйство.
Химическая промышленность.
Сельская промышленность.

Биотехнологии также используют чтобы утилизировать и обрабатывать отходы, очищать загрязненные промышленной деятельностью участки (это называется биоремедизация), создавать биологическое оружие.

Медицина

Биотехнологии в медицине используются с целью поиска и производства лекарств, фармакогеномике, а также в генетическом тестировании — генетическом скрининге.

Фармакогеномика представляет собой объединение фармакологии и геномики. Это технология, которая занимается анализом влияние генетического состава на реакцию индивидуума на тот или иной лекарственный препарат.

Заметно значение биотехнологии в открытии и производстве традиционных малых молекул лекарств, в том числе препаратов — продуктов биотехнологии (биологических препаратов).

Сельское хозяйство

Биотехнологии в сельском хозяйстве стали причиной появления генетически модифицированных сельскохозяйственных культур. Это биотехнологические культуры — растения, используемые в сельском хозяйстве, ДНК которых модифицирована при помощи методов генной инженерии.

Такие продовольственные культуры отличаются устойчивостью к определенным вредителям, болезням, стрессовым условиям окружающей среды, устойчивостью к различным химическим обработкам.

Химическая промышленность

1917 год был примечателен еще и тем, что в это время Хаим Вейцман в Великобритании применил бактерии Clostridium acetobutylicum чтобы получить ацетон. В то время ацетон был стратегически важным продуктом.

Пищевая промышленность

Различные молочные культуры молочнокислой ферментации дают возможность получить йогурт, квашеную капусту и пр. Также на биологических процессах основаны другие традиционные технологии: производство сыра, хлеба.

Читайте также: