Биотехнология - технология будущего

Появление в повседневной жизни продуктов, содержащих токсичные химические вещества, является одной из причин растущего загрязнения окружающей среды и угрозы здоровью человека. В этом контексте биотехнологии (CNSH) зародились как идеальное решение для решения экологических проблем, защиты здоровья и обеспечения безопасной жизни людей.

Биотехнология — это отрасль, основанная на системе живых организмов или живых организаций для производства и создания технологических продуктов на основе биологии, особенно широко применяемая в сельском хозяйстве, пищевой промышленности и фармацевтике, обслуживающая потребности и жизнь людей, а также развивающая экономику и общество с использованием экологически чистых продуктов.

Термин «биотехнология» был введен Карлерки в 1917 году на основе основ наук о жизни, сочетающих исследовательские процессы и техническое оборудование для создания технологических масштабов, позволяющих использовать жизнедеятельность микроорганизмов, растительных и животных клеток для производства высококачественных биологических продуктов в промышленных масштабах.

Биотехнология задействована во многих областях, таких как: биоинформатика – междисциплинарная область, решающая биологические проблемы с помощью вычислительных методов; «синяя» биотехнология – применяемая в морском и рыболовном хозяйстве; «зелёная» биотехнология – применяемая в сельском хозяйстве; «красная» биотехнология – применяемая в медицине и фармацевтике; и «белая» биотехнология – применяемая в промышленности. Биотехнология достигла значительных успехов и имеет хорошие перспективы развития в ближайшие годы благодаря комплексному наследованию достижений фундаментальных наук, таких как микробиология, генетика, биохимия, физиология, молекулярная биология, иммунология, прикладная микробиология, биохимическая технология и др.

Биотехнология развивается на основе новых методов: генетика; слияние клеток; биореакции (включая методы ферментации, ферментативные методы, биореакторы); культура тканей; культура клеток; трансплантация эмбрионов; ядерная трансплантация... подготовка к биологической революции в экономических и технических секторах.

Сегодня в сельском хозяйстве, благодаря развитию методов культивирования тканей, появилась возможность выращивать сорта в лабораторных условиях, что значительно ускоряет производство по сравнению с классическим методом, увеличивая производительность в 2500 раз. Кроме того, методы культивирования тканей позволяют в течение длительного времени получать продукты с одинаковой генетической безупречностью, а также создавать новые линии.

Методы молекулярной биологии имеют широкий спектр применения, позволяя обнаруживать токсичные вещества в процессе производства, в продуктах питания или в экосистеме. Они также помогают отбирать на очень ранней стадии из эмбрионов или молодых побегов особей с полезными характеристиками, такими как пол, устойчивость к болезням и устойчивость к особым условиям.

С помощью методов молекулярной биологии удалось получить моноклинные антитела, обладающие разнообразным диагностическим эффектом. Молекулярная биология нашла особенно широкое применение в области диагностики заболеваний растений и животных и в селекции.

На сегодняшний день главной революцией в биотехнологии стала генная инженерия (или рекомбинантная генная инженерия). Теперь можно ввести чужеродный ген в любую часть организма, просто проверив «согласие» клетки, принимающей новый ген. Этот успех имеет особое значение, поскольку позволяет разделить сложные биологические процессы на простые части, из которых легко определить задачу и механизм действия каждого гена, что позволяет установить взаимосвязь между структурой и задачей молекул.

Благодаря генной инженерии люди могут конструировать и создавать никогда ранее не существовавшие микроорганизмы и клетки. Эти искусственные микроорганизмы способны синтезировать в промышленных масштабах ценные продукты, эффективно служащие защите здоровья человека и улучшению качества жизни.

С точки зрения культивирования, перенос чужеродного бактериального гена (например, гена устойчивости к гербицидам, насекомым, болезням и т. д.) в растительную клетку придаст растению особые качества.

Недавно в США создали сорт кукурузы, устойчивый к вредителям, поскольку каждая клетка этой кукурузы несет ген, который производит убивающие насекомых кристаллы из убивающих насекомых бактерий Bacillus thuringiensis.

Создание растения картофеля путём слияния клеток картофеля с клетками томата – уникальное достижение. Растение картофеля образует клубни из подземных корней и даёт плоды томата на растении. К настоящему времени генетически модифицировано около 20 культур, из которых ещё 20 достигли желаемых селекционерами результатов и находятся в производстве.

Что касается животноводства, то исследования проводились на более чем 10 видах животных, включая коров, свиней, коз, овец, кроликов, кур, рыб и т.д. Целью исследований является создание пород скота и домашних животных, устойчивых к болезням, способных значительно улучшить качество мяса, молока и яиц.

Благодаря методам трансплантации генов, трансплантации зигот и культивирования клеток селекционное разведение крупного рогатого скота достигло очень важного прогресса. Искусственное осеменение коровы хорошей породы другой хорошей породой позволяет получить гибридную зиготу с необходимыми селективными характеристиками. Эту зиготу можно легко извлечь и перевезти из одной страны в другую для имплантации в матку местных коров, что делает их стельными и даёт потомство с превосходными селекционными характеристиками.

Более того, можно создать множество эмбрионов, разделяя отдельные клетки в начале деления зиготы. Эти эмбрионы исследуются на наличие хромосом (чтобы оставить только те, которые дадут потомство женского пола), и подвергаются криоконсервации для длительного хранения, что позволяет транспортировать их в любую точку мира.

Генная инженерия также позволяет селекционерам извлекать ядро ​​из оплодотворенной яйцеклетки нормальной коровы и заменять его ядром клетки коровы с выбранными хорошими характеристиками, создавая оплодотворенную яйцеклетку с новым ядром, а затем повторно вводить эту яйцеклетку в матку нормальной коровы, чтобы она могла забеременеть и родить теленка с желаемыми характеристиками.

В обзоре 2017 года ResearchGate, крупнейшая в мире социальная сеть для учёных, перечислила пять наиболее интересных тенденций в области биотехнологий: биоэлектричество — помощь клеткам в развитии врождённого иммунного ответа, борьбе с инфекциями и травмами; регенеративная медицина — использование терапии стволовыми клетками, тканевой инженерии и искусственных органов для восстановления, ремонта или замены повреждённых органов и тканей; иммунотерапия рака — помощь иммунной системе человека в распознавании и уничтожении раковых клеток; редактирование генов с помощью CRISPR/Cas9 — имитация механизма защиты бактерий от вирусов; секвенирование РНК отдельных клеток для обнаружения множества новых, ранее неизвестных типов клеток. Есть основания надеяться, что биотехнологии добьются новых успехов, которые эффективно послужат интересам человечества.

Хыонг Джанг