Биотехнология как наука возникла в 1950-х гг. и в настоящее время является одним из приоритетных научных направлений. Именно с достижениями в области биотехнологии связывают не только повышение благосостояния человечества в будущем, но и увеличение продолжительности жизни людей.
Быстрое развитие биотехнологии обусловлено интенсивным развитием биологии, успехами в познании жизненных явлений, прежде всего в области микробиологии, энзимологии, молекулярной биологии и молекулярной генетики. Все это позволило объединить разрозненные прикладные направления в новую единую фундаментальную науку о практическом использовании биологии в целом (а не отдельных ее ветвей, как это было прежде) – биотехнологию.
Биотехнология – это и технологические процессы, осуществляемые с использованием различных биологических систем, включая как живые организмы (от микроорганизмов до клеток животных и растений), так и их компоненты (ферменты, витамины и т. д.).
Микроорганизмы стали основой для производства целого ряда полезных продуктов (органических кислот, этанола для технических целей, ферментов, витаминов, антибиотиков и т. п.). Культивируемые в условиях in vitro растительные и животные клетки нашли применение в сельском хозяйстве (растениеводстве, животноводстве), при получении физиологически активных веществ, фармацевтических препаратов, моноклональных антител и других продуктов.
В биологической промышленности используются разнообразные биомолекулы, а также иммобилизованные ферменты, что позволило решить часть технологических проблем.
Важное направление современной биотехнологии – генетическая инженерия. Она предоставила исследователям новую, исключительно ценную возможность изменения генетической программы бактериальных, растительных и животных клеток. И это направление исследований уже приносит большие научные и практические результаты.
Нет сомнений, что биотехнология является одним из важных направлений научно-технического прогресса. Она внесет (и уже внесла) большой вклад в обеспечение растущего населения Земли продовольствием, благодаря ее достижениям принципиально улучшится состояние медицины и ветеринарии, в постнефтяную и постгазовую эры будут созданы новые виды топлива, а также сырьевая база и технологии переработки возобновляемого сырья для химической индустрии. Несомненен значительный вклад биотехнологии в защиту окружающей среды.
Биотехнология – одна из перспективных и высокорентабельных отраслей производства. Например, в США насчитывается более 1500 биотехнологических компаний (во всем мире их свыше 3 тыс.), в числе которых крупнейшие химические и фармацевтические концерны Monsanto, Du Pont, American Cyanamid, Merck, Novartis и др. В других странах, где инвестиционный климат не столь благоприятен и бизнес менее активен, главную роль в создании биотехнологических предприятий играют крупные корпорации и государство. Быстро развивается и западноевропейская биотехнологическая индустрия, в которой занято свыше 600 биотехнологических компаний.
В России также уделяется значительное внимание развитию биотехнологии. Уже имеются биотехнологические разработки мирового уровня, внедрение которых приносит ощутимую пользу обществу. Так, уникальная микробиологическая технология регулирования микрофлоры пластов, разработанная в Институте микробиологии РАН, позволила компании «Татнефть» получить дополнительно около полумиллиона тонн «черного золота».
Извлечение металлов из руды с помощью микробного окисления и последующего электролиза не только дает возможность использовать «бедное» сырье, но и позволяет ограничить выброс в атмосферу вредных серосодержащих газов, образующихся в процессе обжига руды при традиционной технологии.
По новой технологии Института микробиологии РАН с 2001 г. в Красноярском крае на золотодобывающем комбинате работает восемь ферментеров.
Создан новый способ снижения концентрации метана в шахтах с использованием метанотрофных бактерий.
Разработаны и производятся флокулянты для фильтрации воды в очистных сооружениях, созданы оригинальные технологии производства ферментов для стиральных порошков (Гос. НИИ Генетика РАН).
Достижения биотехнологии приносят реальную пользу народному хозяйству и людям, когда на их основе открываются промышленные производства, создающие в значительных количествах практически ценные продукты, что и является основной задачей биотехнологов.
При подготовке настоящего учебника авторы ставили перед собой цель раскрыть основные представления о биотехнологии, ее направлениях, этапах развития и областях применения, а также охарактеризовать достижения биотехнологии как науки и как отрасли промышленности.
