Розвиток біотехнологій
Біотехнологія (від гр. Βίος – «життя», τέχνη – «мистецтво, майстерність, здатність», λόγος – «слово, сенс, думка, поняття») – дисципліна, що вивчає можливості використання живих організмів, їх систем чи продуктів їх життєдіяльності для вирішення технологічних задач, а також можливості створення живих організмів із необхідними властивостями методом генної інженерії.
Біотехнологією часто називають застосування генної інженерії в XX-XXI століттях, але термін відноситься і до більш широкого комплексу процесів модифікації біологічних організмів для забезпечення потреб людини, починаючи з модифікації рослин і тварин шляхом штучного відбору і гібридизації. За допомогою сучасних методів традиційні біотехнологічні виробництва отримали можливість поліпшити якість харчових продуктів і збільшити продуктивність живих організмів.
До 1971 року термін «біотехнологія» використовувався, здебільшого, в харчовій промисловості і сільському господарстві. З 1970 року вчені використовують термін в застосуванні до лабораторних методів, таким, як використання рекомбінантних ДНК і культур клітин, вирощуваних in vitro.
Біотехнологія заснована на генетиці, молекулярній біології, біохімії, ембріології і клітинної біології, а також прикладних дисциплінах – хімічної та інформаційної технології і робототехніці.
Історія біотехнологій
Уперше термін «біотехнологія» застосував угорський інженер Карл Ерек в 1917 році.
Використання в промисловому виробництві мікроорганізмів або їх ферментів, що забезпечують технологічний процес, відомо з давніх-давен, проте систематизовані наукові дослідження дозволили істотно розширити арсенал методів і засобів біотехнології.
Так, в 1814 році петербурзький академік К. С. Кірхгоф відкрив явище біологічного каталізу й намагався біокаталітичним шляхом отримати цукор із доступного сировини (до середини XIX століття цукор отримували тільки з цукрової тростини) . У 1891 році в США японський біохімік Дз. Такаміне отримав перший патент на використання ферментних препаратів в промислових цілях: вчений запропонував застосувати діастазу для оцукрювання рослинних відходів.
На початку XX століття активно розвивалася бродильна і мікробіологічна промисловість. У ці ж роки були зроблені перші спроби налагодити виробництво антибіотиків, харчових концентратів, отриманих з дріжджів, здійснити контроль ферментації продуктів рослинного і тваринного походження.
Перший антибіотик – пеніцилін – вдалося виділити і очистити до прийнятного рівня в 1940 році, що дало нові завдання: пошук і налагодження промислового виробництва лікарських речовин, що продукуються мікроорганізмами, робота над здешевленням і підвищенням рівня біобезпеки нових лікарських препаратів.
Біотехнології в сільському господарстві
Біотехнології в сільському господарстві зробили значний внесок у розвиток і становлення галузі. Незважаючи на те, що біологічна сутність біотехнологічних процесів була розкрита зовсім недавно, використання їх триває упродовж тисячоліть.
Із точки зору сучасної науки, біотехнологія в сільському господарстві – це промислове використання біологічних процесів і агентів на основі отримання високоефективних форм мікроорганізмів, культур клітин і тканин рослин та тварин із заданими властивостями.
Таким чином, біотехнологія є міждисциплінарною галуззю науково-технічного прогресу, що виникла на стику біологічних, хімічних і технічних наук.
Застосування біотехнологічних методів і прийомів перспективний напрямок, який, на жаль, не завжди реалізується. Складність використання біотехнологій обумовлена труднощами, що виникають під час їх застосування. Будь-який біологічний об’єкт чи біологічно активні речовини є своєрідною самодостатньою системою, в якій складно змінити будь-який елемент, не змінюючи інших, їх складно в довільному порядку рекомбінувати, надаючи організму ту чи іншу бажану властивість.
Біотехнологія і рослинництво
Культивовані в сільському господарстві рослини схильні до негативного впливу різних чинників – бур’янів, гризунів, комах-шкідників, нематод, фітопатогенних грибів, бактерій, вірусів, несприятливих погодних і кліматичних умов. Вплив перерахованих чинників здатний значно знизити врожайність вирощуваних культур, а значить – зменшити потенційний прибуток. Так, наприклад, тільки один колорадський жук і фітофтора (Phytophtora) – збудник фітофторозних гнилі – здатні на 40-50% знизити врожайність картоплі. Такожможна спостерігати зростання кількості захворюваності рослин вірусними інфекціями, які не тільки гублять урожай, але і сприяють виродженню генофонду.
Сучасна біотехнологія пропонує ряд рішень, здатних значно полегшити вирішення ряду проблем:
виведення сортів рослин, стійких до шкідників і несприятливих факторів середовища;
розробка біологічних засобів боротьби зі шкідниками, використання їх природних ворогів і паразитів, а також токсичних продуктів, утворених живими організмами;
підвищення продуктивності сільськогосподарських культур і їх харчової (кормової) цінності.
Виведення нових сортів рослин
Традиційні методи по виведенню нових сортів – це селекція на основі гібридизації, спонтанних й індукованих мутацій. Сучасна наука зробила крок набагато далі і дозволяє конструювати генетичний код рослини для отримання необхідних властивостей – врожайність, стійкість до факторів середовища і шкідників, накопичення тих чи інших компонентів. Уже сьогодні виведені сорти, здатні до фіксації атмосферного азоту, стійкі до дії гербіцидів і ряду шкідників.
Розроблені технології клонування дозволяють сподіватися на отримання здорових (без вірусів) рослин, тим самим сприяють підтримці цінного генофонду.
При цьому існує ряд спірних методів, пов’язаних із втручанням в генетичний код – отримання так званих ГМО. До сьогоднішнього дня немає достовірних даних про безпеку генетично модифіковані організмів. На думку фахівців, використання ГМО в перспективі буде можливо, при цьому процес дослідження знову одержуваних організмів повинен бути сильно ускладнений, мало того – дослідити необхідно кожну генетичну модифікацію, навіть в рамках одного сорту. Обов’язковою умовою є дослідження впливу ГМО на організм у динаміці (упродовж кількох поколінь). Ще однією умовою застосування ГМО є безпека використовуваних методів для навколишнього середовища, тому що використовувані методики і самі ГМО, будучи чужорідним для природи матеріалом, можуть спровокувати непередбачувані наслідки. Проблема тут полягає в тому, що потрапляючи в природні умови, ГМО стикаються з вірусами, які в нормі є векторами перенесення генетичного матеріалу, що може спровокувати появу нових, непередбачуваних і надзвичайно небезпечних генетичних мутацій.
Біологічні засоби – важлива складова частина комплексної програми захисту рослин. Ця програма передбачає проведення захисних заходів агротехнічного, біологічного та хімічного плану поряд з використанням стійких сортів рослин. Завданням комплексної програми є підтримка чисельності шкідників рослин на екологічно збалансованому рівні, що не завдає відчутної шкоди культурним рослинам.
Біотехнологія і тваринництво
Біотехнології широко використовуються в тваринництві.
Розроблені біопрепарати з успіхом використовуються для лікування інфекційних захворювань, як кормових добавок, так і замінників цільного молока (ЗЦМ), а також силосних заквасок та інше. Так, 1 тонна кормових дріжджів дозволяє отримати 0,4 0,6 тонни свинини, до 1,5 тонни м’яса птахів, 25-30 тис. яєць і заощадити близько 5-7 тонн зерна. Це має велике народногосподарське значення, оскільки 80% площ сільськогосподарських угідь у світі відводяться для виробництва корму для худоби й птиці.
Мікроорганізми здатні накопичувати високий відсоток легкозасвоюваного білка (до 90%), вітаміни, ферменти, мікроелементи та ін.
Вирощування мікроорганізмів – автоматизований процес, який вимагає наявності великих площ під вирощування технічних культур. Особливу роль у виробництві кормів відіграють вітаміни й ферменти, які здатні значно підвищити біодоступність використовуваних кормів.
Використовувані силосні закваски сприяють якісному процесу консервації заготовки кормів, перешкоджають розвитку гнильної мікрофлори і псування корму.
