История развития биотехнологии

Общие положения

Законом Российской Федерации «О ветеринарии» определены основные задачи ветеринарной медицины «в области научных знаний и практической деятельности, направленных на предупреждение болезней животных и их лечения, выпуск полноценных и безопасных в ветеринарном отношении продуктов животноводства и защиту населения от болезней, общих для человека и животных».

Решение целого ряда этих задач осуществляется методами биотехнологии.

Название науки «Биотехнология» происходит от греческих слов «bios» - жизнь, «teken» - искусство, «logos» - слово, учение, наука.

Определение биотехнологии в довольно полном объеме дано Европейской биотехнологической федерацией, основанной в 1978 г. По этому определению биотехнология – это наука, которая на основе применения знаний в области микробиологии, биохимии, генетики, генной инженерии, иммунологии, химической технологии, приборо– и машиностроения использует биологические объекты (микроорганизмы, клетки тканей животных и растений) или молекулы (нуклеиновые кислоты, белки, ферменты, углеводы и др.) для промышленного производства полезных для человека и животных веществ, и продуктов.

До тех пор, пока всеобъемлющий термин «биотехнология» не стал общепринятым, для обозначения наиболее тесно связанных с биологией разнообразных технологий использовали такие названия, как прикладная микробиология, прикладная биохимия, технология ферментов, биоинженерия, прикладная генетика и прикладная биология.

Использование научных достижений в биотехнологии осуществляется на самом высоком уровне современной науки. Только биотехнология создает возможность получения разнообразных веществ и соединений из сравнительно дешевых, доступных и возобновляемых материалов.

В отличие от природных веществ и соединений искусственно синтезируемые требуют больших капиталовложений, плохо усваиваются организмом животных и человека, имеют высокую стоимость.

Биотехнология использует микроорганизмы и вирусы, которые в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают естественным путем необходимые нам вещества - витамины, ферменты, аминокислоты, органические кислоты, спирты, антибиотики и другие биологически активные соединения.

Живая клетка по своей организационной структуре, слаженности процессов, точности результатов, экономичности и рациональности превосходит любой завод.

В настоящее время микроорганизмы используются, в основном, в трех видах биотехнологических процессов:

- для производства биомассы;

- для получения продуктов метаболизма, например, этанола, антибиотиков, органических кислот и др.;

- для переработки органических и неорганических соединений как природного, так и антропогенного происхождения.

Главная задача первого вида процессов, которую сегодня призвано решать биотехнологическое производство - ликвидация белкового дефицита в кормах сельскохозяйственных животных и птиц, так как в белках растительного происхождения имеется дефицит аминокислот и, прежде всего, особо ценных, так называемых незаменимых.

Основным направлением второй группы биотехнологических процессов в настоящее время является получение продуктов микробного синтеза с использованием отходов различных производств, включая пищевую, нефте- и деревоперерабатывающую промышленности и т.д.

Биотехнологическая переработка различных химических соединений направлена, главным образом, на обеспечение экономического равновесия в природе, переработку отходов деятельности человечества и максимальное снижение негативного антропогенного воздействия на природу.

В промышленном масштабе биотехнология представляет индустрию, в которой можно выделить следующие отрасли:

- производство полимеров и сырья для текстильной промышленности;

- получение метанола, этанола, биогаза, водорода и использование их в энергетике и химической промыш­ленности;

- производство белка, аминокислот, витаминов, ферментов и т.д. путем крупномасштабного выращивания дрожжей, водорослей, бактерий;

- увеличение продуктивности сельскохозяйственных растений и животных;

- получение гербицидов и биоинсектицидов;

- широкое внедрение методов генной инженерии при получении новых пород животных, сортов растений и выращивания тканевых и клеточных культур растительного и животного происхождения;

- переработка производственных и хозяйственных отходов, сточных вод, изготовление компостов с применением микроорганизмов;

- утилизация вредных выбросов нефти, химикатов, загрязняющих почву и воду;

- производство лечебно-профилактических и диагностических препаратов (вакцин, сывороток, антигенов, аллергенов, интерферонов, антибиотиков и др.).

Практически все биотехнологические процессы тесно связанны с жизнедеятельностью различных групп микроорганизмов – бактерий, вирусов, дрожжей, микроскопических грибов и т.п. и имеют ряд характерных особенностей:

1. Процесс микробного синтеза, как правило, является частью многостадийного производства, причем целевой продукт стадии биосинтеза часто не является товарным и подлежит дальнейшей переработке.

2. При культивировании микроорганизмов, обычно, необходимо поддерживать асептические условия, что требует стерилизации оборудования, коммуникаций, сырья и др.

3. Культивирование микроорганизмов осуществляют в гетерогенных системах, физико-химические свойства которых в ходе процесса могут существенно изменяться.

4. Технологический процесс характеризуется высокой вариабельностью из-за наличия в системе биологического объекта, т.е. популяции микроорганизмов.

5. Сложность и многофакторность механизмов регуляции роста микроорганизмов и биосинтеза продуктов метаболизма.

6. Сложность и, в большинстве случаев, отсутствие информации о качественном и количественном составе производственных питательных сред.

7. Относительно низкие концентрации целевых продуктов.

8. Способность процесса к саморегулированию.

9. Условия, оптимальные для роста микроорганизмов и для биосинтеза целевых продуктов, не всегда совпадают.

Микроорганизмы потребляют из окружающей среды вещества, растут, размножаются, выделяют жидкие и газообразные продукты метаболизма, тем са­мым реализуя те изменения в системе (накопление биомассы или продуктов ме­таболизма, потребление загрязняющих веществ), ради которых проводят процесс культивирования. Следовательно, микроорганизм можно рассматривать как цен­тральный элемент биотехнологической системы, определяющий эффективность ее функционирования.

Таблица 1.1. Схема прохождения “биологического синтеза” клетки и

продукты син­теза, используемые в биотехнологии

Стадии биосинтеза клетки	Продукты, используемые в биотехнологии
I. Синтез аминокислот, моносахаров, жирных кислот, нуклеотидов, витаминов II. Синтез белков, нуклеиновых кислот, липидов, полисахаридов, их комплексов III. Образование ферментов, гормонов, антибиотиков, токсинов, антигенов, антител IV. Образование структур клетки (ядро, рибосомы, клеточная стенка, митохондрии, жгутики и т.д.) V. Формирование клетки	Первичные метаболиты (“кирпичики”)     Макромолекулы (“блоки”)     Вторичные метаболиты (“блоки”)     Структура клетки (“элементы”)     Клетка (“цельная система”)

На каждой стадии “биологического синтеза” клетки можно определить те продукты, которые могут быть использованы в биотехнологии.

Обычно продукты одноклеточных делят на 4 категории:

а) сами клетки как источник целевого продукта. Например, выращенные бактерии или вирусы используют для получения живой или убитой корпускуляр­ной вакцины; дрожи, как кормовой белок или основу для получения гидролиза­тов питательных сред и т.д.;

б) крупные молекулы, которые синтезируются клетками в процессе выра­щивания: ферменты, токсины, антигены, антитела, пептидогликаны и др.;

в) первичные метаболиты - низкомолекулярные вещества (менее 1500 дальтон), необходимые для роста клеток, такие как аминокислоты, витамины, нуклеотиды, органические кислоты;

г) вторичные метаболиты (идиолиты) - низкомолекулярные соединения, не требующиеся для роста клеток: антибиотики, алкалоиды, токсины, гормоны.

Биотехнология использует эту продукцию клеток как сырьё, которое в ре­зультате технологической обработки превращается в конечный, пригодный для использования продукт.

Все микрообъекты, используемые в биотехнологии, относят к акариотам, про- или к эукариотам. Из группы эукариот, например, оперирует в качестве биообъектов клетками простейших, водорослей и грибов, из группы прокариот - клетками сине-зеленых водорослей и бактерий, акариот - вирусами (рис. 1.2.).

Неклеточные (Acellularia)

Клеточные (Cellularia)

Безъядерные (доядерные)- акариоты

Безъядерные (предъядерные) - прокариоты

Ядерные - эукариоты

Вирусы

Риккетсии

Хламидии

Мико-плазмы

Бактерии

Сине-зеленые водоросли

Животные

Растения

Простейшие

Грибы

Водоросли

Рисунок 1.2. Классификация живой природы

Биообъекты из микромира варьируют в размерах от нанометров (вирусы, бактериофаги) до миллиметров и сантиметров (гигантские водоросли ) и характеризуются относительно быстрым темпом размножения. В современной фарминдустрии используется гигантская гамма биообъектов, группировка которых весьма сложна и лучше всего может быть выполнена на основе принципа их соразмерности (табл. 1.2.).

Таблица 2.1. Размерная градация биообъектов

Группа
размер	от 10 м до 1 см	от 1 см до 1 мм	от 1 мм до 1 мкм	от 1 мкм до 1 нм	от 1 нм
	Доноры (человек, лошадь, корова и др)   Макроорганиз-мы-биореакторы (мышь, куриный эмбрион и др)   Растения-био- накопители са-понинов, алкалоидов и т.д.   Ядовитые растения и животные	Гигантские водоросли - продуценты алгинатов   Каллусные культуры - продуценты панаксозидов, биотранс-форманты   Культуры тканей (дерма)	Клетки эукариот (культуры клеток, лейкоциты-проду-центы интерферона и др)   Клетки низших эукариот (плесень, дрожжи)   Клетки-химеры   Биопродуценты (клетки прокариот)   Биотрансформанты (гибридные клетки про- и эукариот)	Бактерио-фаги   Вирусы   Эпосомы	ДНК   Ферменты   Макромолекулы-носители

Огромная совокупность биобъектов не исчерпывает всей элементной базы, которой оперирует биотехнология. Последние успехи биологии и генной инженерии привели к появлению совершенно новых биообъектов – трансгенных (генетически-модифицированных) бактерий, вирусов, грибов, клеток растений, животных и человека) и химер.

Несмотря на то, что представители всех надцарств содержат генетический материал, различные акариоты лишены какого-либо одного типа нуклеиновой кислоты (РНК или ДНК). Они не способны функционировать (в том числе - реплицироваться) вне живой клетки, и, следовательно, правомочно именовать их безъядерными. Паразитизм вирусов развивается на генетическом уровне.

Бактерии имеют ленточную организацию и у них имеются нуклеиновые кислоты обоих типов - РНК и ДНК, из которых ДНК представлена в виде одиночной (кольцевидной) хромосомы. Большинство из них размножается на питательных средах (вне организма), а если среди бактерий и есть безусловные (облигатные) паразиты, приближающиеся по данному признаку к вирусам (хламидии, микоплазмы, риккетсии), то паразитизм их отличается по своему механизму - его можно назвать клеточным.

При целенаправленном обследовании различных экологических ниш выявляются все новые группы микроорганизмов – продуцентов полезных веществ, которые могут быть использованы в биотехнологии. Количество видов микроорганизмов, используемых в биотехнологии постоянно растет.

При выборе биологического объекта во всех случаях нужно соблюдать принцип технологичности. Так, если в течение многочисленных циклов культивирования свойства биологического объекта не сохраняются или претерпевают существенные изменения, то данный биологический объект следует признать нетехнологичным, т.е. неприемлемым для следующих после стадии лабораторных исследований технологических разработок.

С развитием биотехнологии огромное значение приобретают специализированные банки биологических объектов, в частности коллекции микроорганизмов с изученными свойствами, а также криобанки клеток животных и растений, которые уже сейчас с помощью специальных методов могут быть с успехом использованы для конструирования новых, полезных для биотехнологии организмов. По сути дела, такие специализированные банки культур ответственны за сохранение чрезвычайно ценного генофонда.

Коллекции культур играют важную роль в процедуре правовой защиты новых культур и в стандартизации биотехнологических процессов. В коллекциях проводится сохранение, поддержание и обеспечение штаммами - микроорганизмов, плазмидами, фагами, линиями клеток как научных и прикладных исследований, так и соответствующих производств. Коллекции культур кроме основной задачи – обеспечения жизнеспособности и сохранения генетических свойств штаммов – содействуют развитию научных исследований (в области таксономии, цитологии, физиологии), а также служат целям обучения. Коллекции культур выполняют незаменимую функцию в качестве депозитариев патентуемых штаммов. Согласно международным правилам, патентоваться и депозитироваться могут не только эффективные продуценты, но и культуры, используемые в генетической инженерии.

Большое внимание ученые уделяют целенаправленному созданию новых, не существующих в природе биологических объектов. В первую очередь, следует отметить создание новых клеток микроорганизмов, растений, животных методами генетической инженерии. Созданию новых биологических объектов, безусловно, способствует совершенствование правовой охраны изобретений в области генетической инженерии и биотехнологии в целом. Сформировалось направление, занимающееся конструированием искусственных клеток. В настоящее время существуют методы, позволяющие получить искусственные клетки с использованием различных синтетических и биологических ма­териалов, например искусственной клеточной мембраны с задан­ной проницаемостью и поверхностными свойствами. Некоторые материалы могут быть заключены внутри таких клеток: ферментные системы, клеточные экстpакты, биологические клетки, магнитные материалы, изотопы, антитела, антигены, гормоны и др. Применение искусственных клеток дало положительные результаты в производстве интерферонов и моноклональных антител, при создании иммуносорбентов и др.

Разрабатываются подходы к созданию искусственных фермен­тов и аналогов ферментов, обладающих повышенной стабиль­ностью и активностью. Например, проводится синтез полипептидов желаемой стереоконфигурации, ведутся поиски методов направленного мутагенеза с целью замены одной аминокислоты на другую в молекуле фермента. Делаются попытки построения неферментных каталитических моделей.

Как наиболее перспективные следует выделить следующие группы биологических объектов:

- рекомбинанты, т.е. организмы, полученные методами гене­тической инженерии;

- растительные и животные тканевые клетки;

- термофильные микроорганизмы и ферменты;

- анаэробные организмы;

- ассоциации для превращения сложных субстратов;

- иммобилизованные биологические объекты.

Процесс искусственного создания биологического объекта (микроорганизма, или тканевой клетки) состоит в изменении его генетической информации с целью исключить нежелательные и усилить нужные свойства или придать ему совершенно новые качества.Наиболее целенаправленные изменения можно полнить путем рекомбинаций - перераспределяя гены или части генов и объединяя в одном организме генетическую информацию от двух и более организмов. Получение рекомбинантных организмов, в частности, можно осуществить методом слияния протопластов, путем переноса природных плазмид и методами генной инженерии.

К нетрадиционным биологическим агентам на данном этапе развития биотехнологии относятся растительные и животные тка­невые клетки, в том числе гибридомы, трансплантаты. Культуры клеток млекопитающих уже сейчас являются продуцентами интерферона и вирусных вакцин, в недалеком будущем осущест­вится крупномасштабное получение моноклональных антител, по­верхностных антигенов клеток человека, ангиогенных факторов

С развитием методов биотехнологии все большее внимание будет уделяться использованию термофильных микроорганизмов и их ферментов.

Ферменты, продуцируемые термофильными микроорганизмами, характеризуются термостабильностью и более высокой устойчи­востью к денатурации по сравнению с ферментами из мезофилов. Проведение биотехнологических процессов при повышенной тем­пературе с использованием ферментов термофильных микроорга­низмов обладает рядом достоинств:

1) увеличивается скорость реакции;

2) повышается растворимость реактивов и за счет этого - продуктивность процесса;

3) уменьшается возможность микробного заражения реакционной среды.

Наблюдается возрождение биотехнологических процессов с использованием анаэробных микроорганизмов, которые нередко яв­ляются также термофильными. Анаэробные процессы привлекают внимание исследователей в связи с недостатком энергии и возможностью получения биогаза. Так как при анаэробном культивировании не нужна аэрация среды и биохимические процессы менее интенсивны, упрощается система теплоотвода, анаэробные процессы можно рассматривать как энергосберегающие.

Анаэробные микроорганизмы успешно используются для пере­работки отходов (биомассы растений, отходов пищевой промышленности, бытовых отходов и др.) и стоков {бытовые и промышленные стоки, навоз) в биогаз.

В последние годы расширяется применение смешанных куль­тур микроорганизмов и их природных ассоциаций. В реальной биологической ситуации в природе микроорганизмы существуют в виде сообществ "различных' популяций, тесно связанных между собой и осуществляющих круговорот веществ в природе.

Основные преимущества смешанных культур по сравнению с монокультурами следующие:

- способность утилизировать сложные, неоднородные по составу субстраты, зачастую непригодные для монокультур;

- способность к минерализации сложных органических соединений;

- повышенная способность к биотрансформации органических веществ;

- повышенная устойчивость к токсичным веществам, в том числе тяжелым металлам;

- повышенная устойчивость к воздействию окружающей среды;

- повышенная продуктивность;

- возможный обмен генетической информацией между отдельными видами сообщества.

Следует особо выделить такую группу биологических объектов как ферменты - катализаторы биологического происхождения, изучением которых в прикладном аспекте занимается инженерная энзимология. Основная ее задача - разработка биотехнологиче­ских процессов, в которых используется каталитическое действие энзимов, как правило выделенных из состава биологических систем или находящихся внутри клеток, искусственно лишенных способности роста. Благодаря ферментам скорость реакций по сравнению с реак­циями, протекающими в отсутствие этих катализаторов, возрас­тает в 10⁶-10¹² раз.

Как отдельную отрасль создания и использования биологических объектов следует выделить иммобилизованные биологические объекты. Иммобилизованный объект представляет собой гармоничную систему, действие которой в целом определяется правильным подбором трех основных компонентов: биологического объекта, носителя и способа связывания объекта с носителем.

В основном используются следующие группы методов мобилизации биологических объектов:

- включение в гели, микрокапсулы;

- адсорбция на нерастворимых носителях;

- ковалентное связывание с носителем;

- сшивка бифункциональными реагентами без использования носителя;

- «самоагрегация» в случае интактных клеток.

Основными преимуществами использования иммобилизованных биологических объектов являются:

- высокая активность;

- возможность контроля за микроокружением агента;

- возможность полного и быстрого отделения целевых продуктов;

- возможность организации непрерывных процессов с многократным использованием объекта.

Как следует из вышеизложенного, в биотехнологичиеских про­цессах возможно использование ряда биологических объектов, ха­рактеризующихся различными уровнями сложности биологической регуляции, например клеточным, субклеточным, молекулярным. От особенностей конкретного биологического объекта самым непосредственным образом зависит подход к созданию всей биотехнологической системы в целом.

В результате фундаментальных биологических исследований углубляются и расширяются знания о природе и, тем самым, о возможностях прикладного использования той или иной биологической системы в качестве активного начала биотехнологического процесса. Набор биологических объектов непрерывно пополняется.

Биотехнологии в ветеринарии

За последние 40-50 лет произошло скачкообразное развитие большинства наук, что привело к форменной революции в производстве ветеринарных и медицинских биопрепаратов, созданию трансгенных растений и животных с заданными уникальными свойствами. Подобные исследования являются приоритетными направлениями научно-технического прогресса и в XXI веке займут ведущее место среди всех наук.

Некоторые основные направления развития биотехнологии в области технологических процессов, технологического оборудования и технических средств контроля и управления приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Основные направления развития биотехнологии

№	Область развития	Краткая характеристика
1. Технологии
	Создание универсальных, более дешевых, простых в изготовлении, малокомпонентных питательных сред	Требования к средам для производства моноклональных антител
	Гибридомные и ДНК-рекомбинантные технологии	Получение широкого спектра новых биопрепаратов
	Производство гормональных препаратов с использованием клеточных культур	Гормоны, имеющие в своем составе аминокислоты
	Масштабирование процессов культивирования клеток животных и вирусов	Увеличение объемов производства
2. Оборудование
	Биореакторы для систем культивирования	Для получения биомассы и продуктов метаболизма аэробных и анаэробных микроорганизмов с дистанционным управлением процессов.
	Разработка специализированных биореакторов для специфических процессов	Культивирование иммобилизированных клеток.
	Разработка универсального биореактора	Для гомогенного и квазигомогенного (на микроносителях) культивирования клеток животных.
	Управляемые ЭВМ блочно-модульные гибкие системы культивирования	Легко переналаживаемые и простые в монтаже и управлении установки.
3. Параметры, контроль, датчики
	Ионоселективные электроды	Для определения основных микроэлементов биологических систем.
	Биодатчики	Экспресс-определение видов микроорганизмов и компонентов сред.
	Датчики: РНК, ДНК, НАД, НАДФ, АТФ, АДФ, АМФ	Для выявления массообменных процессов.

Даже простое перечисление товарных форм биопрепаратов указывает на неограниченные возможности биотехнологии. Однако этот важный вопрос заслуживает некоторой детализации.

На наш взгляд, возможности биотехнологии особенно впечатляющи в трех основных направлениях.

Первое – это крупнотоннажное производство микробного белка для кормовых целей вначале на основе гидролизатов древесины, а затем на основе углеводородов нефти.

Важную роль играет производство незаменимых аминокислот, необходимых для сбалансированности по аминокислотному составу кормовых добавок.

Кроме кормового белка, аминокислот, витаминов и других кормовых добавок, увеличивающих питательную ценность кормов, быстро расширяются возможности массового производства и применения вирусных и бактериальных препаратов для профилактики болезней птиц и сельскохозяйственных животных, для эффективной борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений.

Микробиологические препараты, в отличие от многих химических, обладают высокой специфичностью действия на вредных насекомых и фитопатогенные микроорганизмы, они безвредны для человека и животных, птиц и полезных насекомых. Наряду с прямым уничтожением вредителей в период обработки они действуют на потомство, снижая его плодовитость, не вызы­вают образования устойчивых форм вредных организмов.

Огромны возможности биотехнологии в области производства ферментных препаратов для переработки сельскохозяйственного сырья, создания новых кормов для животноводства.

Второе направление - разработки в интересах развития био­логической науки, здравоохранения и ветеринарии. На основе дости­жений генной инженерии и молекулярной биологии биотехнология может обеспечить здравоохранение высокоэффективными вакци­нами и антибиотиками, моноклональными антителами, интерфероном, витаминами, аминокислотами, а также ферментами и други­ми биопрепаратами для исследовательских и лечебных целей. Некоторые из этих препаратов уже сегодня с успехом применяются не только в научных экспериментах, но и в практической медицине и ветеринарии.

Наконец, третье направление - разработки для промышлен­ности. Уже сегодня продукцию биотехнологических производств потребляют или применяют пищевая и легкая промышленность (ферменты), металлургия (использование некоторых веществ в процессах флотации, точного литья, прецезионного проката), нефтегазовая промышленность (использование ряда препаратов комплексной переработки растительных и микробных биомасс при бурении скважин, при селективной очистке и др), резиновая и лакокрасочная промышленность (улучшениекачества синтетического каучука за счет некоторых белковых добавок) а также ряд других производств.

К числу активно разрабатываемых направлений биотехнологии относятся биоэлектроника и биоэлектрохимия, бионика, нанотехнологии, в которых используются либо био­логические системы, либо принципы действия таких систем.

Широко в научных исследованиях применяются фермент-содержащие датчики. На их основе разработан ряд устройств, например, дешевые, точные и надежные приборы для проведения анализов in vivo. Появляются и биоэлек­тронные иммуносенсоры, причем в некоторых из них используется полевой эффект транзисторов. На их основе предполагается создавать относительно де­шевые приборы, способные определять и поддерживать на заданном уровне концентрацию широкого круга веществ в жидкостях тела, что может вызвать переворот в биологической диагностике.

В таблице 4.1. приведены достижения в различных отраслях науки, влияющие на развитие биотехнологии.

Таблица 4.1. Достижения различных областей науки, влияющие

На развитие биотехнологии

Область биотехнологии	Достижение
Генетическая инженерия	Технология рекомбинантных ДНК
Биокатализ	Выделение, иммобилизация, стабилизация ферментов; иммобилизация, стабилизация микроорганизмов
Иммунология	Гибридомная технология, моноклональные антитела
Технология культивирования	Производство, переработка отходов
Бионика	Биосенсоры

В ветеринарии биотехнологические процессы используются для получе­ния вакцин, диагностикумов, сывороток, глобулинов и других биологически активных веществ. Если в ближайшем будущем ряд вакцин удастся получать при помощи микроорганизмов, модифицированных методами генетической инженерии, мы должны стать свидетелями окончательного искоренения особо опасных болезней (табл. 5.1.).

Таблица 5.1. Новые направления в биотехнологии

Отрасль

Область применения

Сельское хозяйство   Пищевая промышленность   Медицина и ветеринария     Контроль за состоянием окру­жающей среды

Новые методы селекции растений и животных (включая клонирование). Создание новых методов переработки и хранения пище­вых продуктов; получение пищевых добавок (например, полимеров и амино­кислот, продуцируемых микроорганизмами); использование белка, синтезируемого однокле­точными организмами, и ферментов при переработке пищевого сырья. Применение ферментов для усовершенствования диагно­стики, создание датчиков на основе ферментов, исполь­зование микроорганизмов и ферментов при производстве сложных лекарств (например, стероидов), синтез новых антибиотиков, применение ферментов в терапии, получе­ние новых штаммов. Совершенствование методов тестирования и мониторинга, про­гнозирование превращений ксенобиотиков благодаря бо­лее глубокому пониманию биохимии микроорганизмов, разработка методов утилизации отходов, осо­бенно промышленных.

Достижения ветеринарной биотехнологии. В России биотехнология как наука начала развиваться с 1896 года. Толчком послужила необходимость создавать профилактические и терапевтические средства против таких болезней как сибирская язва, чума крупного рогатого скота, бешенство, ящур, трихинеллез. В конце 19 века ежегодно от сибир­ской язвы гибло более 50 тыс. животных и 20 тыс. людей. За 1881-1906 годы от чу­мы пало 3,5 млн. коров. Значительный ущерб наносил сап, от которого гибло конское поголовье и люди.

Успехи отечественной ветеринарной науки и практики в проведении специфической профилактики инфекционных болезней связаны с крупными научными открытиями, сделанными в конце ХIХ и начале ХХ столетий. Это касалось разработки и внедрения в ветеринарную практику профилактических и диагностических препаратов при карантинных и особо опасных болезнях животных (вакцины против сибирской язвы, чумы, бешенства, аллергенов для диагностики туберкулеза, сапа и др). Была научно доказана возможность приготовления лечебных и диагностических гипериммунных сывороток.

На этот период приходится фактическая организация в России самостоятельной биологической промышленности.

С 1930 года существующие в России ветеринарные бактериологические лаборатории и институты стали существенно расширяться и на их базе было начато строительство крупных биологических фабрик и биокомбинатов по производству вакцин, сывороток, диагностикумов для ветеринарных целей. В этот период разрабатываются технологические процессы, научно-технологическая документация, а также единые методы (стандарты) изготовления, контроля и применения препаратов в животноводстве и ветеринарии.

В 30-е годы были построены первые заводы по получению кормовых дрожжей на гидролизатах древесины, сельскохозяйственных отходах и сульфитных щелоках под руководством В.Н.Шапошникова. Успешно внедрена технология микробиологического производства ацетона и бутанола (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Биопредприятие с замкнутым циклом производства,

Общие положения

Законом Российской Федерации «О ветеринарии» определены основные задачи ветеринарной медицины «в области научных знаний и практической деятельности, направленных на предупреждение болезней животных и их лечения, выпуск полноценных и безопасных в ветеринарном отношении продуктов животноводства и защиту населения от болезней, общих для человека и животных».

Решение целого ряда этих задач осуществляется методами биотехнологии.

Название науки «Биотехнология» происходит от греческих слов «bios» - жизнь, «teken» - искусство, «logos» - слово, учение, наука.

Определение биотехнологии в довольно полном объеме дано Европейской биотехнологической федерацией, основанной в 1978 г. По этому определению биотехнология – это наука, которая на основе применения знаний в области микробиологии, биохимии, генетики, генной инженерии, иммунологии, химической технологии, приборо– и машиностроения использует биологические объекты (микроорганизмы, клетки тканей животных и растений) или молекулы (нуклеиновые кислоты, белки, ферменты, углеводы и др.) для промышленного производства полезных для человека и животных веществ, и продуктов.

До тех пор, пока всеобъемлющий термин «биотехнология» не стал общепринятым, для обозначения наиболее тесно связанных с биологией разнообразных технологий использовали такие названия, как прикладная микробиология, прикладная биохимия, технология ферментов, биоинженерия, прикладная генетика и прикладная биология.

Использование научных достижений в биотехнологии осуществляется на самом высоком уровне современной науки. Только биотехнология создает возможность получения разнообразных веществ и соединений из сравнительно дешевых, доступных и возобновляемых материалов.

В отличие от природных веществ и соединений искусственно синтезируемые требуют больших капиталовложений, плохо усваиваются организмом животных и человека, имеют высокую стоимость.

Биотехнология использует микроорганизмы и вирусы, которые в процессе своей жизнедеятельности вырабатывают естественным путем необходимые нам вещества - витамины, ферменты, аминокислоты, органические кислоты, спирты, антибиотики и другие биологически активные соединения.

Живая клетка по своей организационной структуре, слаженности процессов, точности результатов, экономичности и рациональности превосходит любой завод.

В настоящее время микроорганизмы используются, в основном, в трех видах биотехнологических процессов:

- для производства биомассы;

- для получения продуктов метаболизма, например, этанола, антибиотиков, органических кислот и др.;

- для переработки органических и неорганических соединений как природного, так и антропогенного происхождения.

Главная задача первого вида процессов, которую сегодня призвано решать биотехнологическое производство - ликвидац