Этапы развития биотехнологии как науки

Этапы развития биотехнологии как науки

Видимо правомерно отнести, возникновение современной биотехнологии, начавшей свое формирование на базе существующих отраслей микробиологической промышленности, к началу 50-х годов нынешнего века, а весь предшествующий данному периоду этап, назвать предысторией формирования биотехнологии, восходящей к древним цивилизациям. В этой связи третий съезд Европейской ассоциации биотехнологов в Мюнхене (1984 г.) доброжелательно воспринял предложение голландца Е. Хаувинка о выделении 5 периодов (эр) в развитии биотехнологии:

Допастеровский: до 1865 г. (до открытия Пастером микромира в 1865 г.) – хлебопечение, молочнокислое брожение, получение уксуса, сыра, открытие спирта.

Послепастеровский: 1866 – 1940 гг. – связан с получением бутанола, ацетона, анатоксинов, вакцин, сывороток и других продуктов с помощью биосинтетической способности микроорганизмов.

Антибиотиков: 1941 – 1960 гг. – открытие антибиотиков; открытие строения ДНК (1953 г.).

Управляемого биосинтеза: 1961 – 1975 гг.: в 1961 г. впервые была установлена способность микроорганизмов к сверхсинтезу определенных веществ (аминокислот, витаминов и т.п.).

Новой биотехнологии: после 1975 г. – базируется на современных достижениях генетической и клеточной инженерии.

Кроме того, возникновение, становление и развитие биотехнологии условно можно подразделить на 4 периода:

Эмперический или доисторический период – самый длительный период, охватывающий примерно 8000 лет. Древние люди интуитивно использовали приемы и способы изготовления пива, хлеба и др. продуктов. В течение нескольких тысячелетий известен уксус, издревле приготавливавшийся в домашних условиях, первая дистилляция вина осуществлена в ХII в., и т.п. К этому же периоду относятся получение кисломолочных продуктов, квашенной капусты, и др.

Таким образом, народы исстари использовали на практике микробиологические процессы, ничего не зная о микробах. Эмпиризм в этот период также был свойственен и в практике использования полезных растений и животных.

Этиологический период в развитии биотехнологии охватывает вторую половину XIX в. и первую треть ХХ в. (1856 – 1933 гг.). Он связан с выдающимися исследованиями Луи Пастера (1822 – 1895 гг.) – основоположника научной микробиологии; вскрывшего микробную природу брожения, доказавшего возможность жизни в бескислородных условиях, опровергшего представления о самопроизвольном зарождении живых существ, создавшего научные основы вакцинопрофилактики и вакцинотерапии, предложившего новый метод стерилизации (пастеризацию).

Этиологический период знаменателен тем, что удалось доказать индивидуальную природу микробов и выделить их в виде чистых культур. Более того, каждый вид мог быть размножен на питательных средах и использован в целях воспроизведения соответствующих процессов (бродильных, окислительных и др.). В этот период было начато изготовление пищевых прессованных дрожжей, некоторых продуктов обмена, ацетона, бутанола, лимонной и молочной кислот. Во Франции приступили к созданию биоустановок для микробиологической очистки сточных вод.

Биотехнический период начался в 1933 г. с публикации работы А. Клюйвера и Л.Х.Ц. Перкина «Методы изучения обмена веществ у плесневых грибов», в которой были изложены основные технические приемы, а также подходы к оценке и интерпретации получаемых результатов при глубинном культивировании грибов. С этого момента началось внедрение в биотехнологию крупномасштабного герметизированного оборудования, обеспечивающего проведение процессов в стерильных условиях.

Примерно за 40 лет третьего периода были решены основные задачи по конструированию, созданию и внедрению в практику необходимого оборудования, в том числе главного из них – биореактора.

Генотехнический период начался с 1972 г.: П. Берг с сотрудниками создали первую рекомбинантную молекулу ДНК.

Таким образом, выяснение механизмов функционирования и регуляции ДНК, выделение и изучение специфичных ферментов привело к формированию строго научного подхода к разработке биотехнологических процессов на основе генно-инженерных работ. В этом и заключается сущность генотехнического периода.

Уже в 1982 г. поступил в продажу человеческий инсулин, выработанный кишечными палочками, несущими в себе искусственно встроенную генетическую информацию о данном гормоне. В настоящее время разрабатываются или уже выпускаются следующие генно-инженерные препараты: интерфероны, интерлейкины, соматотропин. Проводится много работ на стыке генетической инженерии и гибридомной технологии, так производство моноклональных антител, привело к революционным изменениям, в первую очередь, в области диагностики многих инфекционных и неинфекционных заболеваний.

Лекция 1. Введение в биотехнологию.

Биотехнология как наука, предмет, объекты и основные цели. Связь биотехнологии с биологическими, техническими и другими науками.

Название науки «Биотехнология» происходит от греческих слов «bios» — жизнь, «teken» — искусство, «logos» — слово, учение, наука.

Термин «биотехнология» был введен в 1917 г. венгерским инженером Карлом Эреки при описании процесса крупномасштабного выращивания свиней с использованием в качестве корма сахарной свеклы. По определению Эреки биотехнология – это «все виды работ, при которых из сырьевых материалов с помощью живых организмов производятся те или иные продукты».

Этот термин не получил широкого распространения. В 1961 году к нему вновь вернулись после того, как шведский микробиолог Карл Герен Хеден порекомендовал изменить название научного журнала «Journal of Microbiological and Biochemical Engineering and Technology» (Журнал микробиологической и химической инженерии и технологии), который специализировался на публикации работ по прикладной микробиологии и промышленной ферментации, на «Biotechnology and Bioengineering» (Биотехнология и биоинженерия).

Читайте также:  После пилинга лицо красное что делать

Начиная с этого периода, биотехнология оказалась необратимо связанной с исследованиями в области промышленного производства товаров и услуг при участии живых организмов, биологических систем и процессов.

Определение биотехнологии в довольно полном объеме дано Европейской биотехнологической федерацией, основанной в 1978 г.

Согласно нему биотехнология – это наука, которая на основе применения знаний в области микробиологии, биохимии, генетики, генной инженерии, иммунологии, химической технологии, приборо- и машиностроения используют биологические объекты (микроорганизмы, клетки тканей животных и растений) или молекулы (нуклеиновые кислоты, белки, ферменты, углеводы и др.) для промышленного производства полезных для человека и животных веществ и продуктов.

В узком смысле биотехнология – это совокупность методов и приемов разработки и введения в сферу потребления полезных для человека продуктов, включая методы генной, клеточной и экологической инженерии.

Биотехнологические методы используются в различных отраслях промышленности и затрагивают многие сферы человеческой деятельности. Согласно этому в мире принята «цветовая» классификация биотехнологии в зависимости от областей ее применения:

1. «Красная» — обеспечение поддержки здоровья и прогрессивного развития методов лечения человека (вплоть до коррекции его генома), а также производство биофармапрепаратов (протеинов, ферментов, антител).

2. «Зеленая» — разработка и создание генетически модифицированных (ГМ) растений, устойчивых к биотическим и абиотическим стрессам; оптимизация методов ведения сельского и лесного хозяйства:

3. «Белая» — промышленная, объединяющая производство в пищевой, химической (в том числе биотопливо) и нефтеперерабатывающей индустрии;

4. «Серая» — природоохранная деятельность, биоремедиация;

5. «Синяя» — использование морских организмов и сырьевых ресурсов.

Понятие «биотехнология» может быть представлено многими определениями:

— использование биологических объектов, систем или процессов для производства необходимых продуктов или для нужд сервисной индустрии;

— комплексное применение биохимических, микробиологических и инженерных знаний с целью промышленного использования потенциальных возможностей микроорганизмов, культур клеток и отдельных компонентов или систем;

— технологическое использование биологических явлений для воспроизводства и получения (изготовления) различных типов полезных продуктов;

— приложение научных и инженерных принципов для обработки материалов биологическими агентами с целью получения необходимых продуктов или создания сервисных технологий.

Объектами биотехнологии являются вирусы, бактерии, грибы, протозойные организмы, клетки (ткани) растений, животных и человека, вещества биологического происхождения (например, ферменты, простагландины, лектины, нуклеиновые кислоты), молекулы.

Методы, применяемые в биотехнологии, определяются двумя уровнями: клеточным и молекулярным. Тот и другой определяются биообъектами.

На клеточном уровнеимеют дело с

— бактериальными клетками (для получения вакцинныхт препаратов);

— актиномицетов (при получении антибиотиков),

— микромицетов ( при получении лимонной кислоты),

— животных клеток (при изготовлении противовирусных вакцин),

— клеток человека (при изготовлении интерферона) и др.

На молекулярном уровне имеют дело с молекулами, например, с нуклеиновыми кислотами. Однако в конечной стадии молекулярный уровень трансформируется в клеточный.

Клетки микроорганизмов, животных и растений в процессе ассимиляции и диссимиляции образуют новые продукты и выделяют метаболиты разнообразного физико-химического состава и биологического действия.

На каждой стадии «биологического синтеза» клетки можно определить те продукты, которые могут быть использованы в биотехнологии.

Продукты одноклеточных делят на 4 категории:

1. Сами клетки как источник целевого продукта (например, выращенные бактерии или вирусы используют для получения живой или убитой корпускулярной вакцины; дрожжи, как кормовой белок или основу для получения гидролизатов питательных сред и т.д.)

2. Крупные молекулы, которые синтезируются клетками в процессе выращивания: ферменты, токсины, антигены, антитела, пептидогликаны и т.д.

3. Первичные метаболиты – низкомолекулярные вещества (менее 1500 дальтон), необходимы для роста клеток, такие как аминокислоты, витамины, нуклеотиды, органические кислоты.

4. Вторичные метаболиты (идиолиты) – низкомолекулярные соединения, не требующиеся для роста клеток: антибиотики, алкалоиды, токсины, гормоны.

Объекты биотехнологии из микромира варьируют в размерах от нанометров (вирусы, бактериофаги) до миллиметров и сантиметров (гигантские водоросли) и характеризуются относительно быстрым темпом размножения. В современной фармакологии используется очень широкий спектр биообъектов, группировка которых весьма сложна. Она может выполняться на основе принципа их соразмерности.

Последние успехи биологии и генной инженерии привели к появлению совершенно новых биообъектов – трансгенных бактерий (генетически модифицированных), вирусов, грибов, клеток растений, животных, человека и химер.

Биотехнология – междисциплинарная область научно-технического прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических знаний и призванная к созданию новых биотехнологических процессов, которые в большинстве случаев будут осуществляться при низких температурах, требовать небольшого количества энергии и будут базироваться преимущественно на дешевых субстратах, используемых в качестве первичного сырья.

Читайте также:  Анализы на простейшие у человека

Из вышесказанного следует, что биотехнология является межотраслевой дисциплиной. Она основана на многопрофильной стратегии для решения различных проблем.

В биотехнологии применяются методы, заимствованные из химии, микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, химической технологии и компьютерной техники с целью создания новых разработок. Главная причина успеха развития биотехнологии – стремительное развитие молекулярной биологии. Например, успехи в разработке технологии рекомбинантных молекул ДНК.

Ни для кого не секрет, что ископаемое топливо в один прекрасный день станут крайне ограниченным. Данное обстоятельство заставляет искать новые, более дешевые и лучше сохраняемые источники энергии и питания, которые могли бы восполняться биотехнологическим путем.

Этапы развития биотехнологии.

Биотехнология не является чем-то новым, ранее не известным. Она представляет собой развитие и расширение набора технологических приемов, корни которых появились тысячи лет тому назад.

Биотехнология включает многие традиционные процессы, давно известные и давно используемые человеком. Это пивоварение, хлебопечение, изготовление вина, производство сыра, приготовление многих восточных пряных соусов, а также различные способы утилизации отходов. Начало этого этапа биотехнологии теряется в глубине веков. Он продолжался примерно до XIX века.

Биотехнология формировалась и эволюционировала по мере формирования и развития человеческого общества. Условно в развитии биотехнологии можно выделить 4 этапа.

1. Эмпирический этап (emperikos – опытный от гр.) или доисторический. Это самый длительный период, который охватывает приблизительно 8000 лет (6000 лет до н.э. и около 2000 лет н.э.)

Известно, что шумеры – первые жители Месопотамии (на территории современного Ирака) – создали первую цветущую цивилизацию. Они выпекали хлеб из кислого теста, владели искусством готовить пиво. Приобретенный опыт передавался из поколения в поколение, распространялся среди соседних народов (ассирийцев, вавилонян, египтян и древних индусов). В течение нескольких тысячелетий известен уксус, который готовился в домашних условиях.

Первая дистилляция в виноделии осуществлена в XII веке, водка из хлебных злаков впервые получена в XVI веке, шампанское известно с XVIII века.

Для эмпирического периода характерно получение кисломолочных продуктов, квашенной капусты, медовых алкогольных напитков, силосование кормов.

В 1796 году Э. Дженнер впервые в истории провел прививку человеку коровьей оспы.

2. Этиологический этап(от греч. aitia – причина) – вторая половина XIX века и первая треть XX века (1856 – 1933 гг). Связан с выдающимися исследованиями великого французского ученого Л. Пастера (1822 – 1895) – основоположника научной микробиологии. Пастер установил микробную природу брожения, доказал возможность жизни в бескислородных условиях, создал научные основы вакцинопрофилактики и др.

В 1859 г. – Л. Пастер приготовил жидкую питательную среду, Р. Кох в 1881 году предложил метод культивирования бактерий на стерильных ломтиках картофеля и на агаризованных питательных средах. Как следствие, удалось доказать индивидуальность микробов и получить их в чистых культурах. Достижения 2-го периода:

— 1856г. — Г. Мендель открыл законы доминирования признаков и ввел понятие единицы наследственности в виде дискретного фактора, который передается от родителей потомкам.

— 1869 г. – Ф. Милер выделил «нуклеин» ДНК из лейкоцитов.

— 1883 г. – И. Мечников разработал теорию клеточного иммунитета.

— 1884 г. – Ф. Леффлер изолировал и культивировал возбудителя дифтерии.

— 1892 г. Д. Ивановский открыл вирусы.

— 1893 г. В. Оствальд установил каталитическую функцию ферментов.

— 1902 г. Г. Хаберланд показал возможность культивирования клеток растений в питательных растворах.

— 1912 г. Ц. Нейберг раскрыл механизм процессов брожения.

— 1913 г. Л. Михаэлис и М. Ментен разработали кинетику ферментативных реакций.

— 1926 г. Х. Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности.

— 1928 г. Ф. Гриффит описал явление «трансформации» у бактерий.

— 1932 г. М. Кноль, Э. Руска изобрели электронный микроскоп.

На этом этапе во Франции приступили к созданию биоустановок для микробиологической очистки сточных вод.

3. Биотехнический этап –1933г. – 1972 г. Наиболее важные достижения этого этапа:

— Внедрение в практику биореактора (ферментера, аппарата-культиватора);

— Разработка теории электрофореза;

— Обнаружение вирусов с помощью электронного микроскопа;

— Производство пенициллина в промышленных масштабах;

— Процесс конъюгации у E. Coli;

— Разработка вакцины против желтой лихорадки;

— Описание плазмиды как внехромосомного фактора наследственности;

— Расшифровка структуры ДНК;

— Прочитаны первые три буквы генетического кода аминокислоты фенилаланина; и т.д.

4. Геннотехнический периодначался в 1972 году, когда П. Берг создал первую рекомбинацию молекулы ДНК.

метод получения моноклональных антител;

— метод анализа первичной структуры ДНК путем химической деградации;

— разрешен к применению в США первый диагностический набор моноклональных тел;

Читайте также:  Белый цыпленок во сне

— 1982 год – в продажу поступил впервые человеческий инсулин;

— 1986 г. – метод полимеразной цепной реакции;

Чего хотят пациенты? Качественных и доступных медицинских услуг. Чего хотят врачи? Достойной зарплаты и надлежащих условий труда!

  • Главная
  • Карта
  • Популярное
  • Контакты

Практическая медицина одновременно является наукой и искусством

Без собственной ответственности медицина сама ничего не сделает

Быстрый рост медицины как науки вызывает ряд тревожных вопросов

Медицина — это система научных знаний и практических действий

Центральными понятиями медицины является здоровье и болезнь

Этапы развития биотехнологии

В развитии биотехнологии выделяют следующие периоды:

Последний специально отделяется от предыдущего, так как биотехнологи уже могут создавать и использовать в производстве неприродные организмы, полученные генно-инженерными методами.

1) Эмпирическая биотехнология неотделима от цивилизации, преимущественно как сфера производства (с древнейших времен — приготовление теста, получение молочнокислых продуктов, сыро-, виноделие, пивоварение, ферментация табака и чая, выделка кож и обработка растительных волокон). В течение тысячелетий человек применял в своих целях ферментативные процессы, не имея понятия ни о ферментах, ни о клетках с их видовой специфичностью и, тем более, генетическим аппаратом. Причем прогресс точных наук долгое время не влиял на технологические приемы, используемые в эмпирической биотехнологии.

2) Быстрое развитие биотехнологии как научной дисциплины с середины XIX в. было инициировано работами Л. Пастера (1822 — 1895).

Именно Л.Пастер ввел понятие биообъекта, не прибегая, впрочем, к такому термину, доказал «живую природу» брожений: каждое осуществлявшееся в производственных условиях брожение (спиртовое, уксусно-, молочнокислое и т.д.) вызывается своим микроорганизмом, а срыв производственного процесса обусловлен несоблюдением чистоты культуры микроорганизма, являющегося в данном случае биообъектом.

Практическое значение этих исследований Л. Пастера сводится к требованию поддержания чистоты культуры, т.е. к проведению производственного процесса с индивидуальным, имеющим точные характеристики биообъектом.

Позднее, приступив к работам в области медицины, Л. Пастер исходил из своей концепции о причине заразных болезней, сводя ее в каждом случае к конкретному, определенному микроорганизму. Хотя техника того времени не позволяла увидеть возбудителя инфекции, как, например, в случае вируса бешенства, однако Л.Пастер считал, что «мы его не видим, но мы им управляем». Целенаправленное воздействие на возбудителя инфекции (в целях ослабления его патогенности) позволяет получать вакцины.

Ослабленный патоген и животное, в организм которого он введен, могут рассматриваться как своеобразный биообъект, а получаемая вакцина — как биотехнологический препарат. Л. Пастер создал строго научные основы получения вакцин, тогда как замечательные достижения Э.Дженнера в борьбе с оспой были результатом освоения эмпирического опыта индийской медицины.

3) Современная биотехнология, основанная на достижениях молекулярной биологии, молекулярной генетики и биоорганической химии (на практическом воплощении этих достижений), выросла из биотехнологии Л.Пастера и, являясь также строго научной, отличается от последней прежде всего тем, что способна создавать и использовать в производстве неприродные биообъекты, что отражается как на производственном процессе в целом, так и на свойствах новых биотехнологических продуктов.

Говоря о биотехнологии, нельзя не упомянуть публикацию в 1953 г. первого сообщения о двуспиральной структуре ДНК, ставшего основополагающим для возникновения указанных фундаментальных дисциплин, достижения которых реализуются в современной биотехнологии.

В результате серий публикаций в 1960-х гг. в литературу были внедрены принципиально важные для биотехнолога понятия «оперон» и «структурный ген».

В 1973 г. было опубликовано сообщение об успешном переносе генов из одного организма в другой — в сущности, уже о технологии рекомбинантной ДНК, определяющей возникновение генетической инженерии.

В 1980 г. Верховный суд США признал, что генно-инженерные микроорганизмы могут быть запатентованы, а развитие биотехнологических методов получило юридический статус.

В 1990 г. произошли два принципиально важных события: была разрешена генотерапия (но только применительно к соматическим клеткам человека, т.е. без передачи чужого гена потомству) и утвержден международный проект «Геном человека». Образно говоря, человеку было юридически разрешено познавать свою сущность.

В настоящее время интенсивно растет количество таких успешно применяемых в медицине биотехнологических продуктов, как рекомбинантные белки, вторичные метаболиты микроорганизмов и растений, а также полусинтетических лекарственных агентов, являющихся продуктами одновременно био- и оргсинтеза.

Боли в области шеи
Боли в области шеи имеют бесконечный перечень причинных факторов, включающих дегенеративные заболевания, инфекции, неоплазмы, врожденные аномалии развития, воспалительное (асептическое) поражение суст .

Аритмии сердца
Аритмии сердца – нарушение частоты, ритмичности и последовательности возбуждения и сокращения отделов сердца. Аритмии встречаются очень часто. Они возникают в результате заметных структурных из .

Астма, бронхит и бронхолегочная дисплазия
Астма — это заболевание трахеобронхиального дерева, которое характеризуется бронхиальной гиперреактивностью и последующей обструкцией воздушного потока вследствие воздействия какого-либо раздраж .

Ссылка на основную публикацию
Эспумизан l инструкция по применению эмульсия взрослым
Форма выпуска, состав и упаковка Эмульсия для приема внутрь молочно-белого цвета, маловязкая. 1 мл (25 капель) симетикон 40 мг Вспомогательные...
Эритематозный гастродуоденит лечение
В отличие от гастрита, при гастродуодените помимо воспаления слизистой желудка возникает и воспаление слизистой двенадцатиперстной кишки. Заболевание характерно для детей...
Эритромицин акос мазь инструкция по применению
ATX классификация: S01AA17 Эритромицин Мнн или группировочное наименование: Эритромицин Фармакологическая группа: Производитель: Неизвестно Владелец лицензии: Неизвестно Страна: Неизвестно Инструкция по...
Эспумизан бэби инструкция для детей
Действующее вещество: Содержание 3D-изображения Состав и форма выпуска Фармакологическое действие Фармакокинетика Показания препарата Эспумизан Противопоказания Побочные действия Взаимодействие Способ применения...
Adblock detector