§ 63. БІОТЕХНОЛОГІЯ

Основні поняття й ключові терміни: БІОТЕХНОЛОГІЯ.

Пригадайте! Що таке генетика, молекулярна біологія, мікробіологія?

Поміркуйте!

У світі виготовляють сотні сортів сиру, найвідомішими з яких є бринза, камамбер, рокфор, пармезан, чеддер, моцарела та ін. Їх тип, консистенція і аромат залежать від молока, бактерій і цвілевих грибів, обробки тощо. Ароматизаторами можуть слугувати трави, спеції, деревний дим. Чому сироваріння є біотехнологією?

ЗМІСТ

Чому сучасна біотехнологія є наукою?

Біотехнологія виникла як сукупність способів використання живих істот і біологічних процесів для промислового виробництва. З найдавніших часів людина використовувала організми для випікання хліба, приготування кисломолочних продуктів, фарбування одягу тощо. Але лише завдяки дослідженням Л. Пастера (1822-1895) біотехнологія набула наукової основи. Цей французький науковець вивчав процеси бродіння, що є основою виноробства й пивоваріння, врятував шовківництво, виявивши причину хвороб шовкопряда, запропонував метод запобіжних щеплень для профілактики інфекційних захворювань, метод пастеризації для зберігання харчових продуктів тощо. У 40-50-ті роки ХХ ст., коли було здійснено біосинтез пеніцилінів, почалася ера антибіотиків, що дала поштовх розвитку мікробіологічної промисловості. У 60-70-ті рр. XX століття почала бурхливо розвиватися клітинна інженерія. Зі створенням у 1972 р. групою П. Берга в США першої гібридної молекули ДНК in vitro формально пов’язане народження генетичної інженерії. Загострення екологічних проблем стало причиною появи екологічної інженерії, спрямованої на отримання людиною чистої води, повітря, продуктів (іл. 174).

Іл. 174. Схема основних напрямів сучасної біотехнології

Сучасна біотехнологія як наука нерозривно пов’язана, в першу чергу, з біологією, хімією, фізикою, технікою та інженерією. Її об’єктами є віруси, бактерії, гриби, клітини рослин, тварин, людини та біомолекули. Для досліджень у біотехнології застосовують найрізноманітніші методи, серед яких метод культивування біооб’єктів у біореакторах (ферментаторах), метод вирощування клітинних чи тканинних культур в особливих умовах, методи генетичної інженерії, методи мікробіологічного синтезу та ін.

За допомогою біотехнології можна отримати екологічно чисту й дешевшу продукцію, й тому вона витіснятиме обмежені ресурсами і екологічно шкідливі сучасні хімічні технології.

Отже, БІОТЕХНОЛОГІЯ - це комплекс наук, технічних засобів, методів, спрямованих на одержання і використання клітин мікроорганізмів, тварин і рослин, а також продуктів їхньої життєдіяльності у промисловості.

Якою є сучасна біотехнологія?

Сучасна біотехнологія найширше застосовується в сільському господарстві, харчовій промисловості, медицині, фармакології та охороні природи. За рівнем організації біотехнологію можна умовно класифікувати за такими галузями:

• нанобіотехнологія - технологія наночастинок, що мають розміри від 1 до 100 нм (наприклад, технологія адресної доставки ліків за допомогою ліпосом - ліпідних бішарових структур, вміст яких є водним розчином речовини для лікування хвороб);

• цитотехнологія - клітинна технологія (наприклад, вирощування гібридом - клітинних гібридів В-лімфоцитів і ракових клітин меланоми для отримання моноклональних антитіл; отримання противірусних білків-інтерферонів способом вирощування на штучному середовищі лейкоцитів периферійної крові людини; отримання людського інсуліну за допомогою клітин кишкової палички);

• гістотехнологія - тканинна технологія (наприклад, вирощування шкіри, органів для трансплантації, вирощування клітинних культур на поживних середовищах);

• ембріотехнологія - зародкова технологія (наприклад, пересаджування ембріональних стовбурових клітин пуповинної крові для лікування променевої хвороби; штучне запліднення й штучне осіменіння для подолання безпліддя й розведення зникаючих видів; репродуктивна технологія екстракорпорального запліднення);

• біотехнологія культивування організмів (наприклад, біотехнологія вирощування печериць й гливи, їстівних молюсків на устричних фермах, клонального мікророзмноження рослин);

• біоінженерна технологія із застосуванням технічного підходу (наприклад, тестування ДНК з використанням біочипів, створення штучних суглобів, кардіостимуляторів, апаратів ниркового діалізу чи серцевого кровообігу).

Отже, сучасна біотехнологія демонструє майже необмежені можливості використання організмів у різних галузях діяльності людини.

Яке значення біотехнології?

Сучасна біотехнологія має величезні перспективи для вирішення екологічних проблем, ліквідації дефіциту їжі й боротьби з голодом, отримання сировини й енергії для промисловості, збереження здоров’я людини та ін. (іл. 175). За допомогою біотехнології здійснюються:

• одержання харчових продуктів (наприклад, кефірів, йогуртів, сухого молока, хліба, соків);

• отримання сортів рослин (наприклад, виведення сортів пшениці призвело до «зеленої революції» в Мексиці, створення сортів рису з вегетаційним періодом 120 днів значно поліпшило рівень життя населення Азії);

• отримання лікарських препаратів (наприклад, вакцин, антибіотиків, вітамінів, ферментів за допомогою грибів й бактерій);

• діагностика спадкових хвороб людини (наприклад, технології культивування лімфоцитів, діагностика ембріона на ранній стадії внутрішньоутробного розвитку, створення тест-систем для генної діагностики);

• розробка безвідходних технологій для очищення середовища (наприклад, використання бактерій для розкладу штучних полімерних матеріалів чи пестицидів);

• створення технологій отримання енергії (наприклад, використання метанобактерій для отримання біогазу, створення пального із цукрової тростини чи кукурудзи);

• отримання кормів для поліпшення умов вирощування сільськогосподарських тварин (наприклад, дріжджові гриби синтезують кормові білки із парафінів нафти);

• створення засобів догляду й захисту рослин (наприклад, створення бактеріальних добрив і біогумусу);

• створення тварин-біореакторів, що виробляють речовини для лікування хвороб (наприклад, корів чи кіз, які даватимуть з молоком білок для лікування інсультів).

Іл. 175. Основні галузі застосування біотехнології

Використання біотехнології може мати і негативні наслідки. Це шкідливий вплив на природу мутагенів, втрата біосистемами здатності до саморегуляції, зміна геномів організмів й генофонду популяцій та ін. Наслідками неконтрольованого поширення генетично змінених об’єктів у довкіллі може бути збільшення кількості стійких до антибіотиків мікроорганізмів, підвищення концентрації алергенів у природі, порушення рівноваги природних екосистем, підвищення рівня шкідливості мікроорганізмів, мутаційні зміни та поширення захворювань організмів тощо.

Отже, сучасна біотехнологія має величезні перспективи й переваги, але існує й реальна небезпека негативних наслідків від втручання людини в природні системи.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань

Наведіть приклади, що підтверджують значення біотехнології у різних галузях діяльності людини.

Галузь	Приклади
Медицина
Сільське господарство
Енергетика
Фармацевтика
Харчова промисловість
Охорона природи

Біологія + Латина

У біології досить часто використовуються латинські вирази, що позначають особливості проведення досліджень. Зіставте найпоширеніші вирази із визначенням їхньої суті та отримайте прізвище угорського інженера, який у 1917 р. запропонував термін біотехнологія.

1	2	3	4	5

1 In vitro («в склі»)	Е₂ Проведення дослідів у живій тканині поза організмом у штучному середовищі (наприклад, вирощування стовбурових клітин у культурі)
2 In vivo («в живому»)	К Розгляд явища чи об'єкта на місці, в природних умовах, без перенесення в середовище (наприклад, гібридизація хромосом)
3 Ex vivo («з життя»)	І Розгляд явища чи об'єкта до народження (наприклад, ультразвукове дослідження плода)
4 In situ («на місці»)	Е₁ Проведення дослідів поза організмом (наприклад, екстракорпоральне запліднення яйцеклітин поза межами організму)
5 In utero («в матці»)	Р Проведення дослідів у живій тканині в живому організмі (наприклад, експерименти на лабораторних тваринах)

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Медицина

Екстракорпоральне запліднення (від лат. extra - ззовні, corpus - тіло) - репродуктивна технологія, що її використовують у випадках безпліддя. Синонімами є «запліднення in vitro», «штучне запліднення», в англійській мові позначається абревіатурою IVF (in vitro fertilisation). Засновниками технології є кембриджські дослідники Р. Едвардс і П. Стептоу. В Україні безпліддя є серйозною проблемою: майже кожна п’ята пара - безплідна, причому 70 % - це жіноче безпліддя, 20 % - чоловіче. Яким є ваше ставлення до цієї та інших уже традиційних галузей біотехнології?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка	Завдання для самоконтролю
1-6	1. Що таке біотехнологія? 2. Укажіть основні напрями сучасної біотехнології. 3. Назвіть основні галузі використання біотехнології. 4. Назвіть основні групи біотехнології. 5. Наведіть приклади речовин, що їх одержують за допомогою біотехнології.
7-9	7. Чому сучасна біотехнологія є наукою? 8. Якою є сучасна біотехнологія? 9. Яке значення біотехнології?
10-12	10. Які позитивні та негативні наслідки біотехнології?