БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ 29 страница

Среди бактериальных клеток к созданию искусственных ассо­циаций с растительными клетками наиболее способны цианобак­терии. Это может быть связано с тем, что они часто вступают в симбиотические отношения с другими организмами; что древние цианобактерии, вероятно, участвовали в формировании расти­тельных клеток в процессе эволюции; что цианобактерии способ­ны выделять в среду разнообразные вещества: углеводы, амино­кислоты, вещества гормональной природы и другие, которые могут быть использованы культивируемыми клетками растений. Расти­тельные клетки способны потреблять кислород, образующийся в процессе фотосинтеза цианобактерий, а цианобактерии потреб­ляют диоксид углерода, выделяемый растительными клетками при дыхании. Кроме того, азотфиксирующие цианобактерии могут накапливать азот в почве и обеспечивать до 15 % потребностей растений в нем. Например, симбиоз папоротника Azolla с Anabaena azollae применяют в сельском хозяйстве в качестве источника свя­занного азота на рисовых полях.

Большой интерес вызывает тот факт, что цианобактерии могут выступать в качестве фототрофного компонента ассоциаций с расти­тельными клетками. Использование питательных сред, в которых не хватает источника углерода, показало, что прирост раститель­ных клеток может быть обеспечен за счет усвоения ими продуктов фотосинтеза цианобактерий или их лизиса. Однако не все сочета­ния растений и цианобактерий оказывают взаимное благотворное влияние. Выявлена видовая специфичность взаимодействия партне­ров. Так, клетки культуры мака и Anabaena variabilis взаимно подав­ляли рост друг друга. В то же время на рост культивируемых клеток табака, женьшеня, диоскореи цианобактерии оказывали стимули­рующее влияние. В большинстве случаев существенное влияние од­ного партнера на ростовые процессы другого не выявлялось.

Совместное выращивание растительных клеток и цианобакте­рий имеет еще одну важную особенность. На дефицитной среде оно может приводить к увеличению синтеза вторичных метаболитов по сравнению с их накоплением в монокультуре на полной среде.

Введение азотфиксирующих цианобактерий в культуру расти­тельных клеток могло бы наряду с применением методов генной инженерии решить проблему азотфиксации. Показано, что в сме­шанных культурах каллуса табака и цианобактерий на среде Му- расиге и Скуга формировались побеги регенерантов табака с уча­стками сине-зеленого цвета, где локализовались цианобактерии. Вероятно, большие межклетники в каллусах табака способствуют проникновению цианобактерий сначала в межклетники каллус­ной ткани и в область меристемоидов, а затем — в формирующи­еся побеги. Цианобактерии сохранялись на поверхности и в тка­нях стебля и листьев при многочисленных пересадках, образова­нии вторичных каллусов и последующей регенерации из них по­бегов, т. е. образовывалась устойчивая ассоциация растительной и бактериальной клетки. Азотфиксирующие цианобактерии обеспе­чивали рост растительных клеток в суспензионных и каллусных смешанных культурах на питательных средах, дефицитных по азо­ту, а в ассоциациях с растениями — и в песчаной культуре, не содержащей связанного азота. Это действие обеспечивается, по- видимому, за счет продуктов азотфиксации, выделяющихся в среду. В свою очередь, цианобактерии могут получать от растений угле­воды. Причем цианобактерии, предварительно культивируемые с растительными клетками, получают от побегов в 2,5 раза больше меченых соединений углерода по сравнению с цианобактериями, взятыми из чистой культуры. В результате такого потребления ра­стение-хозяин может значительно снизить интенсивность собствен­ных ростовых процессов. Поэтому прежде чем приступить к прак­тическому использованию искусственных ассоциаций, необходи­мо решить проблему обеспечения азотфиксирующего симбионта органическими веществами без нанесения существенного ущерба растению.

6.8.3. Клональное микроразмножение и оздоровление растений

Клональным микроразмножением называют неполовое раз­множение растений с помощью метода культуры тканей, позво­ляющее получать растения идентичные исходному. В основе по­лучения таких растений лежит способность соматических клеток растений полностью реализовывать свой потенциал развития, т.е. свойство тотипотентности. Метод клонального микроразмно­жения получает все более широкое распространение во всем мире. В большинстве стран эта технология приобрела коммерческий ха­рактер.

В России первые работы по клональному микроразмножению были проведены в 60-х годах XX в. в лаборатории Р. Г. Бутенко (Институт физиологии растений им. К.А.Тимирязева). В настоя­щее время созданы и развиваются лаборатории клонального мик­роразмножения, связанные с нуждами селекции, размножением декоративных, лекарственных и других растений. Кроме того, тех­нология используется для размножения лучших экземпляров взрос­лых лесных деревьев, особенно хвойных, для сохранения редких и исчезающих видов растений.

Свое название эта технология размножения получила от тер­мина «клон» (от греч. clon — отпрыск), который предложил Веб- бер в 1903 г. Клональное микроразмножение имеет существенные преимущества перед традиционными способами размножения:

1. Высокий коэффициент размножения. Одно растение герберы за год при микроклональном размножении дает до 1 млн новых растений, тогда как при обычных способах размножения — толь­ко 50 — 100 растений. Большинство культивируемых в настоящее время сортов лилий размножается только вегетативно. Луковички возникают на материнских луковицах или на побеге в небольших количествах. Технология микроклонального размножения позво­ляет получить из одной чешуи луковицы за 6 месяцев 10⁵ новых растений (сорт Red Carpet).

2. Получение генетически однородного посадочного материала.

3. Возможность оздоровления растений, освобождения их от вирусов благодаря клонированию меристематических тканей.

4. Возможность размножения растений, которые в естествен­ных условиях репродуцируются с большим трудом.

5. Воспроизведение посадочного материала круглый год, что значительно экономит площади, занимаемые маточными и раз­множаемыми растениями.

6. Сокращение продолжительности селекционного периода, ус­корение перехода растений от ювенильной фазы развития к реп­родуктивной.

Технология микроклонального размножения. Обязательное ус­ловие клонального микроразмножения — использование объек­тов, полностью сохраняющих генетическую стабильность на всех этапах процесса, от экспланта до растений в поле. Такому требо­ванию удовлетворяют апексы и пазушные почки органов стебле­вого происхождения, т. е. меристематические ткани. Их устойчи­вость к генетическим изменениям, вероятно, связана с высокой активностью систем репарации ДНК, а также с негативной се­лекцией измененных клеток.

Процесс клонального микроразмножения можно подразделить на 3 этапа:

1. Получение хорошо растущей стерильной культуры. На этом этапе необходимо правильно выбрать растение-донор, получить свободную от инфекции культуру, добиться ее выживания и быс­трого роста на питательной среде.

2. Собственно размножение, осуществляемое несколькими спо­собами:

активизация пазушных меристем;

индукция образования адвентивных почек тканями листа, стеб­ля, чешуйками и донцем луковиц, корневищем и зачатками соцве­тий без первоначального образования каллусной ткани;

микрочеренкование побега, сохраняющего апикальное доми­нирование;

стимуляция образования микроклубней и микролуковичек;

индукция соматического эмбриогенеза.

3. Подготовка к высадке в поле или к реализации. Это очень важный этап, во время которого в теплице укорененные расте­ния, полученные in vitro, адаптируют к новым условиям внешней среды: проводят закаливание растений, повышают их устойчи­вость к патогенным микроорганизмам и различным неблагопри­ятным факторам внешней среды. Существует много различных способов адаптирования растений к пересадке in vivo. Это под­бор почвенного субстрата, создание определенной влажности, обработка химическими веществами (глицерин, парафин) для предотвращения обезвоживания листьев. Некоторые древесные ра­стения лучше приживаются, если их заразить in vitro микоризооб- разующими грибами (Е.А.Калашникова, 1993). Упрощенный спо­соб адаптации пробирочных растений винограда был разработан в Институте физиологии растений им. К. А. Тимирязева РАН. Адап­тацию проводят прямо в пробирках, снимая с них пробки, когда растения винограда дорастают до верха пробирки. Через 1,5 — 2 недели, когда верхушки побега с двумя развитыми листьями по­являются над пробиркой, растение готово к пересадке в почву.

Для предотвращения механических повреждений корневой систе­мы растение пересаживают в почву вместе с агаром, заглубляя его так, что над поверхностью почвы остаются только 2 развитых листа, которые выросли из пробирки и уже адаптировались к вне­шним условиям. Такая методика позволяет значительно упростить, ускорить и удешевить этап акклиматизации растений.

Клональное микроразмножение растений проводят разными способами. Первый и основной способ — активизация пазушных меристем. Он состоит в снятии апикального доминирования и активизации развития меристем, существующих в растении. Этот способ основной и в обычном вегетативном размножении. И на интактном растении, и в случае клонирования снятие апикально­го доминирования достигается или удалением апикальной мери­стемы побега, или благодаря действию цитокинина. При клони­ровании цитокинины (6-бензиламинопурин, 6-фурфуриламино- пурин, зеатин) добавляют в питательную среду, что приводит к развитию многочисленных пазушных побегов. Эти побеги отделя­ют от первичного экспланта и культивируют на свежей питатель­ной среде. Активизацию пазушных меристем широко используют в промышленном размножении овощных сельскохозяйственных культур (картофель, томаты, огурцы, сахарная свекла, топинам­бур и др.), цветов (гвоздика, роза, гербера), плодовых и ягод­ных культур (яблоня, вишня, малина, крыжовник и др.), древес­ных растений (туя, можжевельник и др.). Однако бесконечно раз­множать таким способом растения нельзя, поскольку длительное воздействие цитокининов, входящих в состав питательных сред, вызывает аномалии в морфологии стебля, потерю способности побегов к укоренению, иногда — гибель растений. В опытах с размножением земляники было показано, что при клонировании необходимо чередовать 2 — 3 цикла получения побегов с их укоре­нением.

Второй способ — индукция развития адвентивных почек, т. е. по­чек, возникающих из растительных клеток и тканей, которые их обычно не образуют. Этот метод в значительной мере обусловлен тотипотентностью клеток. Почти любой орган или ткань расте­ния, свободные от инфекции, могут быть использованы в каче­стве экспланта и в определенных условиях образуют адвентивные почки. Данный процесс вызывают внесением в питательную среду определенных концентраций цитокининов и ауксинов, причем цитокинина должно быть гораздо больше, чем ауксина. Это наи­более распространенный способ микроразмножения высших рас­тений. Развивая адвентивные почки на апикальных и пазушных меристемах, размножают растения томата, лука, чеснока; на сег­ментах листовых пластинок — салат, глоксинию, фиалки; на тка­нях донца луковиц — лук, чеснок, гладиолусы, тюльпаны и дру­гие луковичные растения.

Факторы, влияющие на клональное микроразмножение. Пита­тельная среда. Состав питательной среды — один из наиболее важ­ных факторов при микроразмножении. Обычно используют стан­дартные среды: Мурасиге-Скуга, Нича и др., но с добавлением на каждом этапе различных веществ. На первом этапе в питатель­ную среду часто вносят антиоксиданты, чтобы предотвратить ги­бель клеток из-за активизации гидролитических ферментов. Осо­бое значение имеют концентрация и соотношение фитогормонов в среде. Например, на втором этапе для усиления морфогенеза обычно добавляют цитокинины. Напротив, на третьем этапе при укоренении в питательной среде должно быть только небольшое количество ауксинов (либо используется безгормональная среда). Иногда в среду добавляют гиббереллин (ГК), который стимули­рует рост сформировавшихся почек. Важным регуляторным фак­тором служит сахароза. Обычная концентрация ее в среде состав­ляет 3 %. На растениях каперса было показано, что более высокая концентрация сахарозы в среде приводила к образованию пур­пурных, содержащих антоциан, почек возобновления. При кон­центрациях сахарозы менее 3 % наблюдалось формирование зеле­ных почек, способных к размножению.

Кроме того, существенное значение имеет состояние среды. Например, культивирование меристем земляники, вишни, чер­ной смородины лучше происходит в жидкой питательной среде, чем в агаризованной.

Состояние экспланта. Морфогенез в значительной мере опре­деляется возрастом и размером экспланта. Так, у эхеверии эксп­ланты из молодых листьев образуют корни, из старых листьев — побеги. И только у листьев среднего возраста возникают и побеги, и корни, т.е. появляется возможность регенерации целого расте­ния. Размер экспланта прямо пропорционально связан с регенера- ционной способностью: чем крупнее эксплант, тем выше эта спо­собность. Большие экспланты могут самопроизвольно независимо от соотношения в питательной среде ауксинов и цитокининов об­разовывать почки. Но увеличение размера может привести к нега­тивным последствиям, так как появляется вероятность присутствия в экспланте клеток, содержащих вирусную, грибковую и другие виды инфекции. Оптимальная величина экспланта должна обеспе­чивать как активный морфогенез, так и полную стерильность.

На регенерационную способность экспланта влияют также физиологическое состояние и таксономическая принадлежность растения-донора. Например, экспланты, выделенные из растений в фазу покоя, обладают более низкой способностью к укорене­нию и развитию побегов по сравнению с эксплантами, изолиро­ванными в фазу активного роста. Двудольные травянистые расте­ния характеризуются большей регенерационной способностью, чем однодольные.

Чем больше размер экспланта, тем легче идет морфогенез, в ре­зультате которого получается целое растение, но тем больше ве­роятность присутствия вирусов в экспланте. У многих видов и сор­тов растений зона, свободная от вирусных частиц, различна. Так, при клонировании апикальной меристемы картофеля размером 0,2 мм (конус нарастания с одним листовым зачатком) 70 % по­лученных растений были свободны от Y-вируса картофеля, но только 10 % — от Х-вируса. В некоторых случаях не удается найти оптимальное соотношение между размером меристематического экспланта и морфогенезом в нем, и при этом избавиться от ви­русной инфекции. Приходится дополнять метод культуры мерис­тем термо- или(и) хемитерапией. Так, предварительная термоте­рапия исходных растений позволяет получать свободные от виру­сов растения-регенеранты из меристемных эксплантов размером от 0,3 мм до 0,8 мм. Вместе с тем этот прием может вызвать отста­вание растений в росте, деформацию органов, увеличение латен­тных (скрытых) инфекций.

Хорошие результаты дает совместное применение метода куль­туры тканей и хемитерапии. При внесении в питательную среду препарата «Вирозол» (1-рибофуранозил-1,2,4-триазолкарбоксамид) количество безвирусных растений увеличивается до 80 — 100%.

В настоящее время для диагностики вирусных растений ис­пользуют иммуноферментную технику, моноклональные анти­тела, метод молекулярной гибридизации меченых фрагментов РНК- и ДНК-вироидов и вирусов с вирусами тестируемого объек­та. Эти методы очень чувствительны, но трудоемки и дорого­стоящи.

После оздоровления с помощью вышеперечисленных техноло­гий нормальные растения-регенеранты размножают обычными методами клонального микроразмножения. Для некоторых расте­ний, например цитрусовых, получить морфогенез из меристем малого размера не удается, поэтому требуется разработка ориги­нальных методов. Лимоны и апельсины оздоровляют и размножа­ют, используя прививки меристем размером 0,14 — 0,18 мм на про­бирочные подвои, полученные из семян. Достоинство такого под­хода состоит и в том, что развивающиеся из меристем побеги не имеют ювенильных признаков, при этом цветение и плодоноше­ние ускоряются.

6.8.4. Криосохранение

Сохранение разнообразия форм жизни — важнейшая проблема, с которой столкнулось современное человечество. Еще Г. Ф. Гаузе доказал, что устойчивость сообщества тем выше, чем больше число составляющих его видов. Следовательно, сохранение биоразнооб­разия — единственный механизм стабильности жизни на Земле.

Кроме того, для обеспечения питанием растущего населения на­шей планеты необходимо выведение новых, более продуктивных сортов сельскохозяйственных растений, а для успешной селек­ции важен постоянный приток генов из новых источников. Тради­ционным источником генетического материала служат дикие виды растений. Однако в связи с расширением городов, сельскохозяй­ственных угодий, вырубкой лесов, ухудшением экологии эти виды постепенно вытесняются, а многие из них находятся на грани вымирания, поэтому их необходимо сохранить.

Существует несколько способов сохранения генофонда выс­ших растений: заповедники, национальные парки, банки семян. В последнее время большое внимание уделяется созданию и разви­тию новых способов: пересадочных коллекций каллусных клеток, депонированию культур клеток и, наконец, криосохранению, т. е. хранению объектов при очень низкой температуре, обычно это температура жидкого азота (-196 °С). Криосохранение имеет су­щественные преимущества по сравнению с остальными методами. При сохранении в глубоко замороженном состоянии полностью прекращается обмен веществ, отсутствуют значительные физико- химические молекулярные изменения не только в клетке, но и в окружающей водной среде. Сохраняется генофонд, а следователь­но, все свойства замороженного объекта. Единственный негатив­ный фактор, которого не удается избежать, — это фоновая иони­зирующая радиация. Однако, по мнению М.Ашвуд-Смита, по­требуется примерно 32 000 лет для накопления 10% летальных хромосомных повреждений. Следовательно, криогенный метод дает возможность неограниченно долго хранить растительный матери­ал без существенных изменений: сохраняются жизнеспособность клеток, их свойства, а также способность к морфогенезу и реге­нерации целых растений.

Сущность метода криосохранения сводится к замораживанию специально подготовленных растительных клеток при использова­нии криопротекторов — веществ, ослабляющих повреждения кле­ток при замораживании и оттаивании. В настоящее время известны * два метода криосохранения: программное (медленное) и сверхбы­строе замораживание. Программное замораживание изучалось уже : давно, поэтому оно довольно широко применяется для сохранения животных и растительных клеток. Разработка сверхбыстрого замо-^ раживания началась сравнительно недавно, однако считается, что | именно этот метод со временем станет наиболее перспективным. |

Трудности криосохранения растений связаны со спецификой 1 растительных клеток. Клетки растений имеют большие размеры! (в культуре тканей они изменяются от 15 до 1000 мкм), прочную! целлюлозную стенку и вакуоли. Причем именно степень вакуоли-! зации играет основную роль в устойчивости клеток к действию! низких температур. В зрелой клетке центральная вакуоль занимает!

до 90 % общего объема клетки, т. е. клетка представляет собой как бы резервуар с водой, которая необходима для ее нормальной жизнедеятельности. Поэтому основные факторы, способные при­вести клетку к гибели при замораживании, — это образование льда и дегидратация. Обычно кристаллы льда сначала образуются во внешнем растворе вокруг клеток. Максимальная скорость их роста в зависимости от состава раствора находится в пределах тем­ператур от -20 до -60 "С. При температуре -140 °С рост кристал­лов льда совершенно прекращается. Следовательно, и при замо­раживании, и при оттаивании клеткам очень важно с оптималь­ной скоростью «проскочить» температуру образования льда. Кри­сталлы внеклеточного льда могут механически разрушать клетки. Кроме того, они играют водоотнимающую роль, что приводит к значительной дегидратации клетки и возможной ее гибели от ос­мотического стресса. При очень быстром замораживании лед мо­жет образовываться и внутри клеток, что ведет к разрушению в ней многочисленных мембран.

Избежать кристаллизации льда помогла бы витрификация воды, т. е. затвердение ее в аморфном состоянии. Получить витрифика- цию чистой воды практически невозможно. Но в коллоидных ра­створах скорость образования центров кристаллизации и роста кристаллов льда снижается и повышается температура, при кото­рой их рост прекращается. Все это облегчает витрификацию. До­бавление криопротекторов также затрудняет кристаллизацию льда и способствует витрификации.

Наиболее известны такие криопротекторы, как диметилсуль- фоксид (ДМСО), различные сахара, глицерин, этиленгликоль и их производные. Действие криопротекторов состоит в снижении количества свободной воды, повышении вязкости раствора. Все криопротекторы делят на две группы: проникающие и непрони­кающие. Это разделение достаточно условно. Так, глицерин — первое вещество, определенное как криопротектор, может про­никать в клетку, если его добавлять при комнатной температуре, или выступать как непроникающее соединение, если его добав­лять при температуре 0 °С. Принято считать, что непроникающие криопротекторы специфически влияют на мембрану, повышая ее проницаемость. Применение сильных, проникающих в клетку криопротекторов ограничено их токсичностью. Поэтому обычно используют смеси криопротекторов, так как в них токсичность одного из веществ снижается за счет присутствия другого.

Жизнеспособность клеток после замораживания зависит не только от предупреждения образования льда, но и от их состоя­ния. Крупные вакуолизированные клетки погибают гораздо чаще, чем мелкие меристемоидные. Поэтому на этапе подготовки куль­туры к замораживанию ее культивируют в условиях, способству­ющих образованию мелких клеток и синхронизации их деления.

Кроме того, концентрирование клеток в культуре, т.е. увеличе­ние ее плотности, способствует повышению выживаемости кле­ток после замораживания.

Таким образом, криосохранение достаточно надежно обеспе­чивает сохранение генофонда. Перспективность этого метода под­тверждается возобновлением после хранения в жидком азоте сус­пензионных культур моркови, явора, кукурузы, риса, сахарного тростника; каллусных — тополя, маршанции, сахарного тростни­ка; андрогенных эмбриоидов — беладонны, табака и др. Из вос­становленных после замораживания культур моркови и табака удалось регенерировать целые растения. После быстрого замора­живания сохранили жизнеспособность меристемы земляники, малины, гвоздики, томатов, картофеля и ряда других растений. Однако для криосохранения требуется сложная работа по подбо­ру условий, обеспечивающих выживание клеток и, следователь­но, возможность последующей регенерации из них целых расте­ний. Необходимо учитывать генетические и морфофизиологичес- кие особенности клеток, способность к закаливанию, уровень проницаемости клеточных мембран, подбор криопротекторов, скорость снижения температуры при замораживании, условия оттаивания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Круг вопросов, к решению которых привлекают биотехнологи­ческие методы и достижения, достаточно широк. Большинство из них прямо или косвенно связано с глобальными проблемами, сто­ящими перед современной цивилизацией, такими, как загрязне­ние окружающей среды, угроза экологического кризиса, истоще­ние запасов полезных ископаемых, опасность мирового энергети­ческого кризиса, нехватка продовольствия, борьба с болезнями.

Благодаря достижениям фундаментальных исследований в мо­лекулярной биологии, биохимии, генетической инженерии и но­вейшим технологиям в биоиндустрии получают новые продукты заданного состава и качества, очищенные от экотоксикантов и обладающие не только питательной ценностью, но и профилак­тическими свойствами. Таким путем получена серия продуктов на основе сои, созданы бесхолестериновые и малохолестериновые спрэды («намазки») типа хальварина и «легкого» сливочного мас­ла, а также безжирового мороженого.

Переработка растительной и микробной биомассы позволяет получать высококачественные белки, масла, пектиновые веще­ства, пищевые волокна, а также белок, сбалансированный по аминокислотному составу, и компоненты нуклеиновых кислот, необходимые для медицинской, пищевой, косметической и дру­гих отраслей промышленности.

Возникла новая научная дисциплина — экологическая биотех­нология, осуществляющая новейший подход к охране и сохране­нию окружающей среды. Разработаны технологии рекультивации почвы, биологической очистки воды и воздуха и биосинтеза пре­паратов, компенсирующих вредное влияние измененной окружа­ющей среды на людей и животных. Одна из важнейших задач био­технологии — ограничение масштабов загрязнения нашей плане­ты промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми отхо­дами, токсичными компонентами автомобильных выхлопов. Со­временные научные исследования нацелены на создание безот­ходных технологий, на получение легкоразрушаемых полимеров, в том числе биогенного происхождения, а также на поиск новых активных микроорганизмов — разрушителей полимеров (поли­этилена, полипропилена, полихлорвинила). Усилия биотехноло­гии направлены на борьбу с пестицидными загрязнениями — след­ствием неумеренного и нерационального применения ядохими­катов. Ведутся разработки технологий по утилизации вредных выб­росов (химикалии, нефть), загрязняющих воду и почву, и сельс­кохозяйственных отходов типа молочной сыворотки для получе­ния пищевых и кормовых белковых продуктов, в том числе специ­альных препаратов, обогащенных, например, селеном дрожжей.

Повышение цен на традиционные источники энергии (при­родный газ, нефть, уголь) и угроза их исчерпания побудили уче­ных обратиться к альтернативным путям получения энергии. Роль биотехнологии в создании экономичных возобновляемых энерге­тических источников (спиртов, биогенных углеводородов, водо­рода) чрезвычайно велика. Эти экологически чистые виды топли­ва можно получать путем биоконверсии отходов промышленного и сельскохозяйственного производства. Перспективно продолже­ние исследований по усовершенствованию и внедрению процес­сов производства метана, этанола, созданию на основе микроор­ганизмов (и ферментов) элементов, эффективно производящих электричество, а также по организации искусственного фотосин­теза, в частности биофотолиза воды, при котором можно полу­чать богатые энергией водород и кислород.

Развитие сельскохозяйственной биотехнологии на современ­ном этапе направлено на решение таких глобальных проблем, как повышение плодородия почв, урожайности и качества сельскохо­зяйственной продукции; рекультивация сельскохозяйственных угодий; улучшение экологической обстановки, способствующей восстановлению биоценоза почв; повышение качества кормов и др. В области медицины весьма перспективной является разработ­ка новых технологий использования молекулярных антител в об­ласти диагностики и лечения заболеваний, направленного транс­порта лекарственных средств, трансплантологии органов, тканей, клеток, формирования нового класса медицинской техники — ин­дивидуальных биотехнологических систем для контроля состоя­ния организма.

Особый интерес представляют принципиально новые направ­ления, развитие которых предполагается осуществить в XXI в: электрохемитерапия, молекулярное моделирование, отдельные области клеточной инженерии (клеточная инкапсуляция, энерге­тические межклеточные взаимодействия).