Основные вехи развития биотехнологии

Накопленные научные факты побудили в 1950 г. француза Ж. Моно опубликовать работу о теоретических основах непрерывного управляемого культивирования микробов в биореакторах. В дальнейшем фундаментальные работы Ф. Крика и Дж. Уотсона (1953 г.) по установлению структуры ДНК стали фундаментом исследований по генной инженерии и молекулярной биотехнологии. Выяснение механизмов функционирования и регулирования ДНК, выделение и изучение специфичных ферментов привело к формированию научного подхода к разработке биотехнологических процессов на основе генно-инженерных работ. В 1982 г. на рынке появился человеческий инсулин, выработанный кишечными палочками, несущими в себе встроенную генетическую информацию об этом гормоне. По аналогичной технологии получены и другие генно-инженерные препараты, например, интерфероны, которые обеспечивают иммунитет человека.

Согласно классификации, предложенной И.А. Роговым, историю развития биотехнологии в области производства пищевых продуктов можно классифицировать как традиционную биотехнологию, современную и новейшую в соответствии с применяемыми методами и процессами:

- традиционная биотехнология (включает от трех до шести тысячелетий, вплоть до ХХ в) - период спонтанной, ненаправленной ферментации, происходящей в процессах производства вина, хлеба, пива, уксуса, квашении капусты, молочных продуктов;

- современная биотехнология - связана с использованием биотехнологии в различных производственных процессах, в первую очередь для производства различных органических веществ, а также для изготовления пищевых продуктов (синтез пищевых кислот, производство кормового микробного белка на основе углеводов нефти, этанола и метанола в количестве более 1,8 млн. т, витаминов в количестве более 3 тыс. т);

- новейшая биотехнология - базируется на научных открытиях в области молекулярной биологии и генетики, т.е. достижениях генной инженерии (период характеризуется расширением исследований, направленных на внедрение в практику сельскохозяйственного производства генетически модифицированных или трансгенных растений, устойчивых к гербицидам, инсектицидам, вирусам, обладающих повышенными потребительскими свойствами).

Процессы, используемые в биотехнологии, основаны на функционировании либо клеток, либо изолированных из них биологических структур, чаще всего ферментов. В крупнотоннажных биотехнологических производствах ферментационный процесс реализуют, используя активные, специально селекционированные культуры микроорганизмов.

В последние годы наиболее активно развивается направление биотехнологии, связанное с созданием генетически модифицированных продуктов питания. Достижения современной науки позволяют осуществить перенос генов любого организма в клетку реципиента для получения растения, животного или микроорганизма с рекомбинантными генами и, соответственно, свойствами.

В результате трансгенной модификации растения становятся устойчивыми к гербицидам, инсектицидам, вирусам. Большое значение приобретают новые технологии получения трансгенных сельскохозяйственных животных и птицы, направленные на повышение продуктивности и оптимизацию отдельных частей и тканей туши (тушек), что оказывает положительное влияние на качество и физико-химические свойства мяса, его технологичность и промышленную пригодность, особенно в условиях дефицита сырья. Возможность использования специфичности и направленности интегрированных генов позволяет менять структуру и цвет мышечной ткани, рН, жесткость, влагоудерживающую способность, степень и характер жирности (мраморность), а также консистенцию, вкусовые и ароматические свойства мяса после технологической обработки. С помощью генной инженерии можно не только добиться желаемых показателей, но и повысить приспосабливаемость животных и птицы к окружающей среде, получить устойчивость к заболеваниям, направленно изменить наследственные признаки.

Даже в самых прогрессивных процессах биотехнологии, основанных на использовании биологических агентов, полученных методами генной и клеточной инженерии, важно знать основные принципы, использование которых позволяет управлять метаболизмом микроорганизмов и получать конечный продукт с максимальным выходом на фоне высокой интенсификации процесса. В целом, в основу биотехнологии положены современные представления о микроорганизмах и ферментных препаратах.

Основными приоритетными направлениями развития биотехнологии в производстве продуктов питания являются:

- использование биомассы микроорганизмов и препаратов на их основе в качестве заменителей основного сырья, источника обогащения витаминов, микро- и макроэлементов, продуцента ферментов, аминокислот, ароматизаторов и красителей с целью совершенствования технологических процессов, создания принципиально новых технологий, повышения пищевой ценности, увеличения срока хранения, улучшения вкуса, аромата, консистенции и других характеристик.

- применение иммобилизованных ферментов, преимущество которых заключается в возможности многократного их использования, повышенной стабильности и длительности ферментативной активности, возможности использования при непрерывных технологических процессах, сравнительно коротком времени воздействия на субстрат, возможности создания мультиферментных систем, отличающихся высокой эффективностью действия, и, наконец, в гигиенической безопасности. При правильном выборе иммобилизованного фермента и технологического процесса его использование позволяет добиться существенного улучшения экономических показателей.

Подводя итог можно отметить, что биотехнология является динамично развивающейся отраслью как в мире, так и в России. Неслучайно по решению ООН ХХI в. объявлен веком биотехнологии. Предполагается, что в 2005 г. европейский биотехнологический рынок достигнет 100 млрд. евро, а к 2010 г. объем мирового биотехнологического сектора будет составлять два трлн. евро. Ученые считают, что именно с ее помощью можно будет решить глобальные проблемы, обострившиеся в настоящее время: экологические, продовольственные, промышленные, медицинские.