ВВЕДЕНИЕ В БИОТЕХНОЛОГИЮ

Биотехнология – это использование микроорганизмов, культур клеток животных и растений, метаболизм и биосинтетические способности которых обеспечивают выработку специфических, необходимых человеку веществ.

Возникновение и развитие биотехнологии базируется, прежде всего, на использовании микроорганизмов, поэтому она тесно взаимосвязана с микробиологией.

Микробиология в переводе :

Micros – малый, Bios – жизнь, Logos – учение

Микробиология – наука о жизни мельчайших живых организмов, об их строении, биологической функции, роли в биологических процессах, об использовании их в различных областях жизнедеятельности человека, а также об устранении их негативных воздействий. Предметом изучения являются микроорганизмы. К ним относятся: бактерии, грибы, дрожжи, вирусы, риккетсии. Их объединяют малые размеры, относительная простота строения, общность методов выращивания и исследования.

Микробиология включает: морфологию, цитологию, систематику, генетику, физиологию, биохимию.

Основные этапы развития микробиологии:

1) 1этап – морфологический. Микробы были открыты голландцем А. Левенгуком (1632-1723) в конце XVII в., когда он изготовил первые линзы, дававшие увеличение в 200 и более раз. Увиденный микромир поразил его, Левенгук описал и зарисовал микроорганизмы, обнаруженные им на различных объектах. Он положил начало описательному характеру новой науки.

2) 2 этап - физиологический: Луи Пастер (середина 19в) доказал, что микроорганизмы отличаются не только внешне, но и особенностями обмена веществ; именно Пастер по праву считается основоположником технической микробиологии, которая стала основой биотехнологии. Пастер установил, что дрожжи вызывают спиртовое брожение, а некоторые микробы способны вызывать заразные болезни людей и животных. Пастер вошел в историю как изобретатель метода вакцинации против бешенства и сибирской язвы. Всемирно известен вклад в микробиологию Р. Коха (1843-1910) — открыл возбудителей туберкулеза и холеры, в 1905г Кох получил Нобелевскую премию за открытие палочки Коха. В России И.И. Мечников в 1909г получил Нобелевскую премию за разработку фагоцитарной теории иммунитета. Ученый Гамалея ввел в практику прививки от бешенства, получил вакцину против холеры. И т.д.

3) 3 этап – связан с Виноградским - основоположником почвенной микробиологии, с его именем и именем Бейеринка связывают 3 этап развития микробиологии (нач. XX в.) Было установлено многообразие форм жизни в микромире.

4) 4 этап - Вторая половина 20 в. и по нынешний день. Было установлено биохимическое единство всего многообразия микробов. В этот период микробиология способствовала промышленному использования микроорганизмов. Костычев и Буткевич разработали технологию получения лимонной кислоты. Королев и Войткевич разработали микробиологию молока и молочных продуктов.

До второй половины 19 в. мир живых организмов делился на растения и животных, причем микроорганизмы относили к животным. Немецкий ученый Э.Гегель установил, что они существенно отличаются от обоих царств и предложил выделить их в отдельную группу Protista (протисты) – это все живые организмы малых размеров, у которых отсутствует дифференцировка на органы и ткани и которые занимают промежуточное положение между растениями и животными. Изучение мира протистов показало их неоднородность. По своему клеточному строению, уровню высокоорганизованности клетки они различаются, что послужило причиной деления протистов на высшие и низшие.

Высшие – грибы, дрожжи (строение их клетки эукариотное, подобно клеткам растений и животных).

Низшие – бактерии (они имеют прокариотное строение).

Основные химические вещества, входящие в состав живой материи тождественны для тех и других, но специфические структуры различаются (строение генетического аппарата и его функционирование).

Основные направления биотехнологии:

1. Генная инженерия – это раздел биотехнологии, который изучает способы модификации ДНК и перенесение ее из одних организмов в другие. Возникла благодаря интенсивному прогрессу вирусологии, бактериологии, генетики, энзимологии, молекулярной биологии.

При встраивании природной ДНК в плазмиду или геном, такая клетка дает клоны трансформирующих клеток, способных к образованию в больших количествах специфических целевых веществ. Цель – создание высокопродуктивных штаммов для традиционных микробиологических процессов. Достижения генетики используются в селекции, т.е. выведении новых форм организмов со свойствами, резко отличающимися от свойств исходных форм.

2. Микробная биотехнология.

3. Клеточная инженерия

4. Химическая энзимология (ферментология)

5. Инженерная энзимология

С помощью биотехнологии получают антибиотики, витамины, ферменты, аминокислоты, нуклеотиды, стероиды, гормоны, интерфероны, вакцины, диагностические препараты, антитела, органические кислоты, биополимеры, биопестициды и т.д.