Биотехнология как наука является важнейшим разделом современной биологии, которая, как и физика, стала в конце XX в. одним из ведущих приоритетов в мировой науке и экономике. Мировое признание она получила начиная с 1953 г. после выдающегося открытия Джеймса Уотсона и Френсиса Крика о структуре и пространственной организации двойной спирали ДНК. Рождение нового направления в биологии – генетической инженерии – условно можно отнести к 1972 г., когда в лаборатории Бэрга впервые была синтезирована рекомбинантная молекула ДНК, что окончательно закрепило за биотехнологией важнейшее место в «табели о рангах» современных наук. «Межпиковые» работы выдающихся биологов А.А. Баева, A.H. Белозерского, Эйвери, Г. Гамова, К-Кораны, Ф. Жакоба, Ж. Моно, Беквиста, Ю.А. Овчинникова, А.С. Спирина, Р.В. Петрова и других дополнили последовательный ряд важнейших открытий по идентификации генов, выделению молекул ДНК из растительных, микробиальных и животных клеток, расшифровке генетического кода и механизмов экспрессии генов у прокариот.
В 50-е годы в биологии возникает еще одно важное направление – клеточная инженерия и связанная с ней клеточная биотехнология. Создателями этих направлений являются П.Ф. Уайт (США) и Р. Готре (Франция). В эти же и последующие годы в Российской Академии наук А.А. Курсанов и Р.Г. Бутенко развернули исследования в этой области и привлекли к ним многих молодых ученых отраслевых академий и вузов.
Генетическая и клеточная инженерия определили главнейшее ядро и направления современной биотехнологии, методы которой получили в 80-е годы широкое развитие и используются во многих областях науки и производства в нашей стране и за рубежом. Биотехнология как наука может рассматриваться в двух измерениях – современном и традиционном классическом. Новейшая сельскохозяйственная биотехнология и биоинженерия – это наука о генно-инженерных и клеточных методах и технологиях создания и использования генетически трансформированных (модифицированных) растений, животных и микроорганизмов в целях расширения их разнообразия, интенсификации производства и получения новых видов продуктов различного назначения.
В традиционном, классическом смысле бйотехнологию можно определить как науку о методах и технологиях производства, транспортировки, хранения и переработки сельскохозяйственной и другой продукции с использованием обычных, нетрансгенных (природных и селекционных) растений, животных и микроорганизмов, в естественных и искусственных условиях.
Высшим достижением новейшей биотехнологии является генетическая трансформация, перенос чужеродных (природных или искусственно созданных) донорских генов в клетки-реципиенты растений, животных и микроорганизмов, получение трансгенных организмов с новыми или усиленными прежними свойствами и признаками. По своим целям и возможностям это направление является стратегическим. Оно позволяет решать принципиально новые задачи пд созданию растений, животных и микроорганизмов с повышенной устойчивостью к стрессовым факторам среды, высокой продуктивностью и качеством продукции, по оздоровлению экологической обстановки в природе и всех отраслях производства.
Для достижения этих целей предстоит преодолеть определенные трудности в повышении эффективности генетической трансформации и, прежде всего, в идентификации и клонировании генов, создании их банков, расшифровке механизмов пол и генной детерминации признаков и свойств биологических объектов, создании надежных векторных систем и обеспечении высокой устойчивой экспрессии генов. Уже сегодня во многих лабораториях мира с помощью методов генетической инженерии созданы принципиально новые трансгенные растения, животные и микроорганизмы, используемые в научных и производственных, коммерческих целях.
Клеточная биотехнология, основанная на уникальном свойстве клеток – ихтотипотентности, способности крегенерации целого организма, а также продуцированию ими важнейших соединений вторичного синтеза, обеспечила ускоренное получение новых ценных форм и линий сельскохозяйственных растений, используемых в селекции на устойчивость, продуктивность и качество; размножение ценных генотипов; оздоровление растений от вирусов и вироидов, получение биологически активных препаратов пищевого, кормового и медицинского назначения. В этой области также возникло много трудностей, главными из которых являются недостаточная частота регенерации клеток и нарушение нормального онтогенеза организмов, узкий спектр сомаклональных вариаций, слабая экспрессия генов, контролирующих важнейшие хозяйственно-ценные признаки организмов, и вторичный метаболизм веществ.
Мощный всплеск исследований по биотехнологии в мировой науке произошел в 80-е годы, когда новые методологические и методические подходы обеспечили переход к эффективному их использованию в науке и практике и возникла реальная возможность извлечь из этого большой экономический эффект. Научно обоснованный прогноз свидетельствует о том, что уже в первой четверти XXI века биотехнологическая продукция составит не менее 20 % всего объема товаров, поступающих на мировой рынок.
В нашей стране значительное расширение научно-исследовательских биотехнологических и биоинженерных работ и внедрение их результатов в производство также было достигнуто в 80-е годы. В этот период в стране была разработана и активно осуществлялась первая государственная программа по биотехнологии, создано 15 биотехнологических центров в АПК, подготовлены квалифицированные кадры специалистов-биотехнологов, организованы биотехнологические институты, лаборатории и кафедры в селекционных центрах, отраслевых и зональных научно-исследовательских учреждениях и вузах.
Наибольших результатов в области сельскохозяйственной биотехнологии в эти годы достигли научные учреждения и учебные заведения селекционного, ветеринарного и микробиологического профилей, разработавшие методы и технологии получения новых линий и форм растений, медицинских препаратов профилактического и терапевтического действия, а также штаммов микроорганизмов, вакцин и других лечебных препаратов на генно-инженерной основе. В эти же годы были организованы лаборатории по трансплантации оплодотворенных зигот и эмбрионов в животноводстве, созданию новых линий скота и птицы генно-инженерными методами.
Однако в дальнейшем, в связи с распадом СССР, внимание к проблемам биотехнологии, особенно к биоинженерии, в стране было ослаблено, а их финансирование резко сокращено. В результате развитие биотехнологических исследований и их практическое использование в России замедлилось, что привело к их отставанию от мирового уровня, особенно в области генетической инженерии и биотрансформации.
В целях быстрейшего устранения этих крупных недостатков необходимо восстановить творческие контакты сучеными международных биотехнологических центров и других научных учреждений развитых и развивающихся стран – США, Великобритании, Франции, Германии, Японии, Италии, Индии, Китая, Нидерландов и других, а также обеспечить постоянную и эффективную государственную поддержку этих исследований, что позволит в дальнейшем выйти в области биотехнологии и особенно биоинженерии на мировой уровень. По клеточной биотехнологии результаты исследований ученых нашей страны уже сегодня не уступают зарубежным, а по ряду важных направлений и превосходят их.
В этот же период под влиянием критического отношения к биотехнологии в Западной Европе, Америке и России возникло заметное протестное движение общественности, оказавшее отрицательное влияние на темпы развития биотехнологии, особенно биоинженерии.
В основе протестного движения общественности против генно-инженерных исследований лежат два важнейших фактора – незнание обществом существа новейшей биотехнологии, а в связи с этим интуитивное тревожное ожидание ее отрицательных последствий, основанных на исторических аналогах с использованием атомной энергии и на современных фактах возникновения очагов новых заболеваний неустановленной природы. Для преодоления этого временного препятствия в развитии биоинженерии ученые-биотехнологи должны постоянно поддерживать высокий уровень просвещения и осведомленности граждан страны и мира в этой области, совершенствовать методы исследования и строго соблюдать законы, постановления и другие государственные нормативно-правовые акты по обеспечению биобезопасности в генно-инженерной деятельности.
Для этого во многих странах мира, в том числе в России, приняты специальные законы о государственном регулировании генно-инженерной деятельности, регламентирующие весь спектр взаимодействий между наукой, государством и обществом.
Строжайшее соблюдение этих законов, их постоянное совершенствование и развитие является первой и самой главной гарантией биобезопасности в системе научных исследований по биотехнологии и биоинженерии и использовании продуктовтрансгеноза в практических целях.
Современные специалисты, работающие в сельском хозяйстве, в сфере АПК и других отраслях народного хозяйства должны в совершенстве владеть методами биотехнологии и биоинженерии, уметь использовать их для увеличения производства сельскохозяйственной продукции, улучшения ее качества, защиты природы от загрязнения и повышения устойчивости всего агропромышленного производства. В 1986 г. в Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева нами была создана первая кафедра сельскохозяйственной биотехнологии. Позднее такие кафедры были созданы во многих вузах аграрного профиля.
Настоящий учебник подготовлен с учетом мирового состояния биотехнологии и биоинженерии и их развития в России как науки, так и отраслей производства с использованием новейших достижений фундаментальных и прикладных наук, а также с учетом важнейших документов по законодательно-правовому регулированию в области генно-инженерной деятельности в целях обеспечения биобезопасности. Авторы учебника ориентируют читателя на необходимость привлечения современных и классических источников фундаментальной и приоритетной прикладной науки и производства для глубокого и всестороннего изучения биотехнологических и биоинженерных проблем, которые в рамках вузовского учебника получили лишь концептуальное рамочное освещение.
