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

§ 50. Сучасна біотехнологія

У яких давніх процесах виробництва продуктів харчування задіяні мікроорганізми? До яких систематичних груп ці організми належать? Які потрібні продукти людина отримує за допомогою живих організмів?

Біотехнологія та її напрями

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-х роках XX століття. Але насправді біотехнологічні принципи людина розробила вже давно. Низка продуктів харчування вироблялися за допомогою мікроорганізмів ще в Давньому Єгипті. Біотехнологія тісно пов'язана з іншими науками. Вона розвивається на основі досягнень багатьох наукових галузей і сама сприяє їхньому розвитку (мал. 50.1).

Мал. 50.1. Зв'язок біотехнології з іншими галузями

Сучасні біотехнології широко використовують у різних галузях: медицині, виробництві різноманітних харчових і нехарчових продуктів, для захисту навколишнього середовища і в межах концепції раціонального природокористування тощо (мал. 50.2).

Мал. 50.2. Галузі застосування біотехнології

Традиційні галузі застосування мікроорганізмів наразі розширюються. За допомогою мікроорганізмів отримують лікарські препарати (наприклад, гормональні препарати, засоби для лікування інфарктів та спадкових захворювань тощо). 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.

Біотехнології також активно використовуються в галузі захисту навколишнього середовища. Значна частина сучасних систем очищення води має у своєму складі комплекси біологічного очищення, у яких знешкодження шкідливих речовин здійснюють мікроорганізми. Часто з цією метою використовують і вищу водну рослинність (технологія біоплато). Висадження лісових насаджень є одним зі способів вилучення з атмосфери вуглекислого газу, що може зменшити темпи глобального потепління.

Досягнення 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. Ця проблема стала актуальною у зв'язку зі збільшенням кількості випадків безпліддя через постійний вплив на популяції антропогенних факторів, насамперед фізичного, хімічного і біологічного забруднення середовища. Вона базується на використанні найновіших розробок з ендокринології, хірургії, генетичної інженерії та інших галузей.

Гарно відпрацьованими і популярними технологіями репродуктивної медицини є технології штучного запліднення — екстракорпоральне (поза організмом жінки) та інтракорпоральне (в організмі жінки) запліднення (мал. 50.3). Для цього довелося вирішити велику кількість проблем, у тому числі проблеми отримання статевих клітин людини, оцінки їхнього стану, тривалого зберігання та виправлення наявних генетичних дефектів (за потреби).

Мал. 50.3. Схема штучного інтракорпорального запліднення

Трансплантація — це пересадка реципієнту органа або тканини, які були взяті з організму донора. Пересаджувані органи й тканини називають трансплантатами. Для трансплантації можуть використовуватися як органи свого організму (наприклад, шкіра), так і органи та тканини інших людей або навіть деяких тварин.

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. Але зворотним ефектом такого пригнічення є збільшення ризику розвитку інфекційних та онкологічних захворювань.

Для уникнення проблеми імунного бар'єру потенційно найкращою технологією трансплантації може стати створення нових органів із використанням стовбурових клітин самого пацієнта шляхом 3D-друку.

Успіхи у створенні генетично модифікованих організмів

Генетично модифіковані організми стали успішною основою багатьох проектів, пов'язаних із вирішенням продовольчих та медичних проблем. Першим великим успіхом було створення генетично модифікованих бактерій, які виробляли людський інсулін. До цього хворим на діабет доводилося робити ін'єкції інсуліну, який добували з підшлункових залоз свиней і телят. А він досить часто міг давати алергічні реакції.

Значним досягненням стало створення генетично модифікованого сорту рису, відомого, як «золотий рис» (мал. 50.4). Завдяки генам із нарцису та бактерії ервінії цей рис отримав здатність виробляти бета-каротин і став чудовим джерелом вітаміну А. Щороку у світі через дефіцит цього вітаміну в продуктах харчування помирає від 1 до 2 млн людей. Свою назву цей сорт рису отримав завдяки золотистому кольору свого насіння.

Мал. 50.4. «Золотий рис»

Генетично модифіковані тварини використовуються не менш активно, ніж рослини. Так, у 2009 році було схвалено застосування ліків, які виробляються з молока генетично модифікованих кіз. До складу молока цих кіз входить речовина, яка є антикоагулянтом і знижує ризик утворення тромбів під час та після хірургічних операцій.

Отже, тепер ви знаєте

1. Що таке біотехнологія? 2. Для чого потрібна біотехнологія? 3. У яких галузях медицини широко застосовують біотехнологічні методи? 4. Навіщо потрібні репродуктивна медицина та трансплантація? 5*. Чому трансплантація органів може становити небезпеку для самого пацієнта?

Запитання та завдання

6*. Які переваги і недоліки мають методи біотехнології у випадку їх застосування для охорони довкілля, зокрема для очищення стічних вод? 7*. Чому застосування мікроорганізмів для синтезу органічних речовин часто є вигіднішим, ніж хімічний синтез? 8*. Які переваги дає прийом ліків у складі молока генетично модифікованих кіз порівняно з традиційними способами їх використання?