Современные проблемы биотехнологии

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА  РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

ИРКУТСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

 

ФАКУЛЬТЕТ ОХОТОВЕДЕНИЯ

 

КАФЕДРА ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ И ЭКОЛОГИИ

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

 

«Современные проблемы биотехнологии»

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

магистр 1 года обучения                                                        

Сороковикова В.А.

 

Руководитель:

профессор, к.б.н.                                                                    

                                                                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск – 2011 г.

 

 

Введение

С древних времен известны отдельные биотехнологические процессы, используемые в различных сферах практической деятельности человека. К ним относятся хлебопечение, виноделие, приготовление кисло-молочных продуктов и т. д. Однако биологическая сущность этих процессов была выяснена лишь в XIX в., благодаря работам Л. Пастера. В первой половине XX в. сфера приложения биотехнологии пополнилась микробиологическим производством ацетона и бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов, кормового белка.

Значительные успехи, достигнутые во второй половине XX в. в фундаментальных исследованиях  в области биохимии, биоорганической химии и молекулярной биологии, создали предпосылки для управления элементарными механизмами жизнедеятельности клетки, что явилось мощным импульсом для развития биотехнологии. Выяснение роли нуклеиновых кислот в передаче наследственной информации, расшифровка генетического кода, раскрытие механизма индукции и репрессии генов, совершенствование технологии культивирования микроорганизмов, клеток и тканей растений и животных позволили разработать методы  
генетической и клеточной инженерии, с помощью которых можно искусственно создавать новые формы высокопродуктивных организмов. Генетическая и клеточная инженерия рассматривается как принципиально новое направление биологической науки, которое сегодня ставят в один ряд с расщеплением атома, преодолением земного притяжения и созданием средств электроники (Овчинников, 1985).

Биотехнологию, как науку, рассматривают в двух временных  сущностях:

Новая биотехнология (биоинжененрия) – это наука о генно-инженерных и клеточных методах и технологиях создания и использования генетически трансформированных (модифицированных) растений, животных и микроорганизмов в целях интенсификации производства и получения новых видов продуктов различного назначения.

Конструирование нужных генов методами генной и клеточной инженерии позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми, полезными свойствами, ранее не наблюдавшимися в природе.

Старая  биотехнология, в классическом смысле – это наука о методах и технологиях производства и транспортировки, хранения и переработки сельскохозяйственной и другой продукции с использованием обычных, нетрансгенных (природных и селекционных) растений, животных и микроорганизмов.   

 

Основные области  применения достижений биотехнологии

 

В настоящее время  достижения биотехнологии перспективны в следующих отраслях:

- в пищевой, фармацевтической, химической, нефтегазовой промышленности – используют биотрансформацию и биосинтез новых веществ на основе сконструированных методами генной инженерии штаммов бактерий и дрожжей с заданными свойствами на основе микробиологического синтеза;

-  в экологии – разработка экологически безопасных технологий очистки сточных вод, утилизация отходов агропромышленного комплекса, конструирование экосистем, экологически чистые методы защиты растений;

- в энергетике – применение новых источников биоэнергии на основе микробиологического синтеза и моделирования фотосинтетических процессов, превращения биомассы в биогаз;

- в сельском хозяйстве – разработка трансгенных агрокультур, биологических средств защиты растений, бактериальных удобрений, микробиологических методов рекультивации почв; в области животноводства – создание эффективных кормовых препаратов из растительной, микробной биомассы и отходов сельского хозяйства, репродукция животных на основе эмбриогенеза;

- в медицине – разработка медицинских биопрепаратов, антител, диагностикумов, вакцин, развитие иммунобиотехнологии в направлении повышения чувствительности и специфичности иммуноанализа заболеваний разной природы.

В качестве первоочередных задач биотехнологии определены создание и широкое народнохозяйственное освоение:

— новых биологически активных веществ и лекарственных  препаратов для медицины (интерферонов, инсулина, гормонов роста человека, моноклональных антител ит.д.), позволяющих осуществить в здравоохранении раннюю диагностику и лечение тяжелых заболеваний — сердечно-сосудистых, злокачественных, наследственных, инфекционных, в том числе вирусных;

— микробиологических средств защиты растений от болезней и вредителей, бактериальных удобрений и регуляторов роста растений; новых высокопродуктивных и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды сортов и гибридов сельскохозяйственных растений, полученных методами генетической и клеточной инженерии;

— ценных кормовых добавок  и биологически активных веществ (кормового  белка, аминокислот, ферментов, витаминов, ветеринарных препаратов и др.) для  повышения продуктивности животноводства; новых методов биоинженерии для  эффективной профилактики, диагностики и терапии основных болезней сельскохозяйственных животных;

— новых технологий получения  хозяйственно ценных продуктов для  использования в пищевой, химической, микробиологической и других отраслях промышленности;

— технологий глубокой и эффективной переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов, использования сточных вод и газо-воздушных выбросов для получения биогаза и высококачественных удобрений.

На пути решения поставленных задач биотехнологию подстерегают немалые трудности, связанные с исключительной сложностью организации живого. Любой биообъект — это целостная система, в которой нельзя изменить ни один из элементов, не меняя остальных, нельзя произвольно перекомбинировать их, придавая организму то или иное желаемое качество.

В первой половине XX в. сфера  приложения биотехнологии пополнилась  микробиологическим производством  ацетона и бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов и  кормового белка.

В бывшем СССР в 30-е годы были построены первые заводы по получению кормовых дрожжей на гидролизатах древесины. С 1963 г. налаживается крупнотоннажное производство богатой белками биомассы микроорганизмов как корма. В 1966 г. микробиологическая промышленность была выделена в отдельную отрасль.

Современная биотехнология как наука возникла в начале сороковых годов и получила ускоренное развитие с 1953 г., после эпохального открытия американцев Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика и химической структуре и пространственной организации молекулы ДНК.

Новое генетическое направление биотехнологии – генетическая инженерия – появилось в 1972 г. после синтезирования молекулы ДНК Полем Брэгом. Ядерная биология заняла важнейшее место в биотехнологии.

В 1950-е годы в биотехнологии возникает  еще одно важное направление – клеточная инженерия.

Генетическая и клеточная  инженерия определяет главные направления  биотехнологии, которые получили широкое  развитие в 1980-е годы и используются во многих областях науки и производства.

Главным достижением  новой биотехнологии является генетическая трансформация, перенос чужеродных (природных или искусственно созданных) генов в клетки-реципиенты растений, животных и микроорганизмов, получение трансгенных организмов с новыми или усиленными свойствами и признаками.

Генетическая трансформация позволяет создавать растения, животные и микроорганизмы с повышенной устойчивостью к негативным воздействиям окружающей среды, с высокой продуктивностью и качеством продукции. Позволяет проводить мероприятия по улучшению экологической обстановки в природе и всех отраслях производства.

Сегодня во многих лабораториях мира с помощью методов генетической инженерии созданы принципиально  новые трансгенные растения, животные и микроорганизмы, которые используются в коммерческих целях.

Клеточная биотехнология – основана на уникальной способности клетки к регенерации целого организма, а также продуцированию ими важнейших соединений вторичного синтеза. В результате были получены новые линии сельскохозяйственных растений. Стало возможным получение биологически активных препаратов пищевого, кормового и медицинского назначения.

В условиях распада СССР внимание к проблемам биотехнологии было ослаблено, резко сокращено финансирование исследований. Это привело к отставанию России от мирового уровня, особенно в  области генной инженерии. Масштабы и достижения биоинженерных работ в США значительно превышают Российские.

Широкое использование биотехнологических процессов способствует стиранию грани  между промышленным и сельскохозяйственным производством, поскольку продукты питания, корма и других сельскохозяйственные продукты вырабатывают в индустриальных условиях. Например, на фермах применяют установки для переработки с/х отходов в биогаз, который используется для удовлетворения собственных потребностей в топливе.

 

Основные проблемы генной инженерии

 

Если послушать некоторых людей, можно подумать, что генетически  модифицированные продукты радиоактивны. Но генная инженерия сама по себе не является ни плохой, ни хорошей. Несомненно, генетик со злыми намерениями  может внедрить ген «ядовитости» в помидоры. Если же мы внесем в помидоры ген, ответственный за выработку летучих веществ перечной мяты, мы получим помидоры с запахом ментола. Все зависит от нас.

Генетическая модификация не представляет собой ничего нового. Все растения и животные, включая человека, это генетически модифицированные версии предшественников. Москиты генетически модифицированы естественным отбором так, что они едят людей, - это хорошо для них и плохо для нас. Модификация тутового шелкопряда привела к способности делать шелк, - это хорошо для него и хорошо для нас, потому что мы научились этот шелк у него воровать.

Природная эволюция ставит большинство  генов на свои места. Мы можем произвести некую искусственную «тонкую  настройку» функций генов искусственным  путем, методами генной инженерии. Эта технология стала применяться недавно, и как все новое она вызывает страх.

Генетически модифицированные растения сравнивали с чудовищем Франкельштейном. Но полученные методами традиционной селекции культурные сорта гороха в 10 раз превышают по размерам своих предков из дикой природы. Делает ли это их «чудовищами»? А можно ли назвать спаниелей «волками-Франкельштейнами».

Развитие науки дает нам потенциал как для плохого, так и для хорошего. Поэтому  важно, что бы мы сделали правильный выбор. Основная трудность носит политический характер, - это решение вопроса кто есть «мы» в этом предложении. Если оставить этот вопрос на произвол рыночной стихии, скорее всего, пострадают долгосрочные интересы окружающей среды. Но это можно сказать и про многие другие аспекты жизни.

Как естественный отбор, так и искусственная селекция базируются на случайной генетической ошибке, - мутации, и рекомбинации, за которыми следует неслучайное выживание. Разница лишь в том, что при искусственной селекции мы сами определяем возможности для скрещивания и выживания, а при естественном отборе это делает природа. Генная инженерия дополнительно осуществляет контроль над самими мутациями. Мы можем делать это или напрямую, переделывая гены, или импортируя их от других видов, зачастую весьма отдаленных. Это и означает слово «трансгенные».

Но есть и потенциальная  проблема. Естественный отбор благоприятствует генам, у которых есть достаточно время для того, что бы «приспособиться» к другим генам, - совокупность всех генов при этом остается сбалансированной и взаимно совместимой. Одна из проблем искусственного отбора заключается в том, что этот баланс может быть нарушен. Собаки породы пекинес, выращенные для удовлетворения сомнительных людских прихотей, имеют большие трудности с дыханием. У бульдогов очень тяжело происходит сам процесс появления на свет. Трансгенное импортирование генов может являться причиной еще более тяжелых проблем этого типа, так как внедряемый ген переносится из среды с совершенно другим генетическим окружением. Это опасность, о которой мы должны задуматься.

Возможно, селекционное разведение кажется менее зловещим из-за того, что оно несколько старше генной инженерии. Но обе технологии еще очень молоды, если сравнивать их с длинной историей Дарвиновского естественного отбора. Аргументы противников генной инженерии напоминают мне одну старую леди, которая отказалась садиться в самолет на том основании, что если бы Бог считал для нас допустимым летать, он не дал бы нам железную дорогу.