Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 77. Біотехнологія

Поміркуйте

  • У яких давніх процесах виробництва продуктів харчування задіяні мікроорганізми? До яких систематичних груп ці організми належать?

Згадайте

  • Штам
  • Поживне середовище
  • Культура клітин
  • Продукти харчування

Що таке біотехнологія

Біотехнологія — це сукупність промислових методів, які застосовують для виробництва різних речовин із використанням живих організмів, біологічних процесів чи явищ. Сам термін «біотехнологія» з'явився в 70-ті роки XX ст. Але насправді біотехнологічні принципи людина розробила вже давно. Низка продуктів харчування вироблялися за допомогою мікроорганізмів ще в Давньому Єгипті.

Сучасна біотехнологія широко використовується у виробництві різноманітних продуктів. Також біотехнологію використовують для захисту навколишнього середовища і в межах концепції раціонального природокористування. Її досягнення, такі як уже знайомі вам клітинна та генетична інженерія, часто використовують у наукових дослідженнях. Велике значення біотехнологічні методи мають у сучасній медицині. Завдяки їм було досягнуто великих успіхів у репродуктивній медицині та трансплантології.

Традиційні напрями сучасної біотехнології

Традиційні галузі застосування мікроорганізмів наразі розширюються. За допомогою мікроорганізмів отримують низку лікарських препаратів. Уся лимонна кислота, яка продається в наших магазинах, вироблена мікроорганізмами. Таким самим способом одержують і натрій глутамат, який є підсилювачем смаку й широко застосовується як харчова добавка.

Живі організми використовують і як засоби боротьби зі шкідниками та хворобами рослин. Використання природних збудників захворювань шкідників є набагато безпечнішим, ніж обробка отрутохімікатами. Хоча цей метод має свої недоліки — повільну дію, наприклад. І ще одна новітня галузь — виробництво ферментів для побутової хімії. Щоразу, коли ви купуєте, скажімо, пральний порошок із ферментами, ви користуєтеся продуктами біотехнології.

Ще один напрям біотехнології — вирішення екологічних проблем. У багатьох випадках проблему забруднення навколишнього середовища можна вирішити завдяки діяльності живих організмів. Бактерії та гриби є чудовими біодеструкторами, які мають потужні ферментні системи, здатні руйнувати різноманітні продукти людської діяльності. Їх застосування має значні перспективи, наприклад, в очищенні ґрунтів і води від нафтопродуктів. А на сьогодні одним із ключових елементів очищення побутових стоків є їх обробка за допомогою мікроорганізмів (так зване біоочищення).

Крім мікроорганізмів, значну роль у процесах очищення стоків та відновлення порушених ґрунтів відіграють рослини. Вони здатні розкладати або вилучати з води та ґрунтів багато різних забруднюючих речовин. Подібні способи очищення мають ще й економічні переваги. Їх застосування дозволяє суттєво зменшити поточні витрати на роботу систем очищення.

На сьогодні дуже актуальними проблемами для людства є переробка відходів, забезпечення населення енергією і запобігання тепловому забрудненню середовища. І всі ці проблеми можуть бути вирішені за допомогою біотехнології. Одним із найбільш небезпечних парникових газів є метан. А основні джерела метану на нашій планеті — це звалища і велика рогата худоба, у шлунку якої живуть метанобактерії.

Мал. 77.1. Схема штучного запліднення

Переробка сміття на звалищах за допомогою мікроорганізмів із подальшим використанням виробленого метану дає можливість вирішити одразу три проблеми. По-перше, вона зменшує викиди парникового газу і запобігає глобальному потеплінню. По-друге, метан є чудовим паливом і гарним джерелом енергії. По-третє, ця технологія дозволяє переробляти велику кількість сміття і перешкоджає забрудненню навколишнього середовища.

Біотехнології в медицині

Біотехнологічні методи широко використовуються в таких галузях медицини, як репродуктивна медицина і трансплантологія. Репродуктивна медицина займається профілактикою, діагностикою та лікуванням безпліддя в людини. Вона базується на використанні найновіших розробок з ендокринології, хірургії, генетичної інженерії та інших галузей. Добре відпрацьованими і популярними технологіями репродуктивної медицини є технології штучного запліднення — екстракорпоральне (поза організмом жінки) та інтракорпоральне (в організмі жінки) запліднення (мал. 77.1).

Трансплантація — це пересадка реципієнту органа або тканини, які були взяті з організму донора. Пересаджувані органи й тканини називають трансплантатами. Основною проблемою трансплантації є подолання імунного бар'єру. Будь-які чужі органи й тканини імунна система організму розпізнає й починає атакувати, намагаючись знищити чужорідні клітини. Це стає причиною загибелі й відторгнення трансплантатів. Для попередження цього процесу лікарям доводиться пригнічувати в пацієнта роботу імунної системи за допомогою спеціальних препаратів.

Мал. 77.2. 3D-принтинг органів людини

Одним із найбільш перспективних напрямів трансплантології є 3D-принтинг органів (мал. 77.2). Ця технологія заснована на створенні з живих клітин тривимірних моделей органів на штучній основі. У ній використовується система 3D-друку. Перевага цього методу в тому, що можна використовувати штучно культивовані клітини самого пацієнта. У такому випадку зникає проблема імунного конфлікту з трансплантатом.

Зараз таку технологію вже почали комерційно використовувати для вирощування шкіри, кровоносних судин, серця та деяких окремих тканин. Поки що основні успіхи було досягнуто у створенні окремих тканин. Друк цілих органів перебуває на стадії відпрацювання технології.

Ключова ідея

Сучасна біотехнологія є потужним інструментом як у галузі наукових досліджень, так і в галузі виробництв продуктів харчування, ліків, побутової хімії. Також вона дозволяє ефективно захищати сільськогосподарські культури без застосування хімічних засобів.

Запитання та завдання

1. Які переваги і недоліки мають методи біотехнології у випадку їх застосування для охорони довкілля? 2. Чому застосування мікроорганізмів для синтезу лимонної кислоти є вигіднішим, ніж її хімічний синтез?