Прошлое и настоящее биотехнологии
Человек использовал биотехнологию многие тысячи лет. По сви- детельству легенд и народных сказаний древности, люди с незапамят- ных времен готовили из сока винограда вино, делали сыр из скисшего молока, поражали врагов и диких зверей стрелами, наконечники кото- рых были пропитаны смертельным ядом. Археологические раскопки в Двуречье помогли найти сохранившиеся остатки пекарен и пивоварен, которые были построены соответственно за 6000 и 2000 лет до н.э.
Человек наблюдал многие удивительные явления, происходящие
в живых организмах, таких как: свертывание крови, дозревание и раз- ложение мясных, рыбных и растительных продуктов. Почему все это происходило, он долгое время не мог объяснить. Наши предки не име- ли представления о процессах, лежащих в основе знакомых им техно- логий домашнего производства продуктов питания и их хранения. Они действовали интуитивно, пользуясь микроорганизмами, не догады- ваясь об их существовании. Но в течение тысячелетий успешно приме- няли метод микробиологической ферментации для приготовления и сохранения пищи.
И лишь в начале 19 века, были обнаружены вещества, вызываю- щие подобные превращения. Они получили названия ферментов. Люди научились делать мыло из жиров, изготавливать простейшие лекарства
и перерабатывать отходы.
Становлению и развитию биотехнологии как науки предшество- вали открытия в области микробиологии таких ученых как: Хук, Ле- венгук, Женнер, Пастер, Кох и др.
Первым из людей, заглянувших в таинственный мир микроорга-
низмов, стал голландский естествоиспытатель Антони ван Левенгук
(1632 г. - 1723 г.). Он изготовил линзы, которые увеличивали в 100-300 раз. Самостоятельно шлифуя оптические стекла, он добился пре- восходного качества. Рассматривая с их помощью растворы и настои,
он увидел причудливых "зверушек", постоянно снующих в разные сто-
роны. Левенгук назвал их "анималькулюс", что по латыни означает
"зверушка". Он первым описал и зарисовал микроорганизмы. В письме
№ 17 в Лондонское королевское общество он так описывает это откры- тие: «После всех попыток узнать, какие силы в корне действуют на язык и вызывают его раздражение, я положил приблизительно пол-
унции корня в воду: в размягченном состоянии его лучше изучать. Ку-
сочек корня оставался в воде около трех недель. 24 апреля 1676 г. я по-
смотрел на эту воду под микроскопом и с большим удивлением увидел
в ней огромное количество мельчайших живых существ».
В конце 19 века благодаря трудам французского ученого Луи Па- стера были созданы реальные предпосылки для дальнейшего развития прикладной микробиологии, а также в значительной мере и биотехно- логии. Пастер всегда стремился к тому, чтобы его работы непосред- ственно служили людям. Он знал, какую огромную роль играет вино- делие в развитии экономики Франции. Порча вина приносила стране и виноделам большие убытки. Требовалось найти научное объяснение причинам вызывающим это явление. Будучи ценителем и любителем
вина, Пастер стал изучать процесс брожения, который считался многи- ми учеными чисто химическим явлением. Ученый сделал вывод о том, что брожение происходит только в присутствии живых организмов - дрожжей и является биологическим явлением. Порчу вина он объяснил тем, что при попадании бактерий в вино происходит вытеснение дрожжей и вино превращается в уксус. Для предотвращения порчи Па- стер предложил сразу по окончании брожения подогревать вино до
60 ОС - 70 ОС, не доводя до кипения. Вкус вина при этом сохраняется, а бактерии погибают. Этот процесс теперь называют пастеризацией. Так
обрабатывают молоко, пиво, вино.
Таким образом, Луи Пастер установил, что микробы играют клю- чевую роль в процессах брожения, и показал, что в образовании от- дельных продуктов участвуют различные их виды. Его исследования послужили основой развития в конце 19 и начале 20 веков бродильного производства органических растворителей (ацетона, этанола, бутанола
и изопропанола) и других химических веществ, где использовались разнообразные виды микроорганизмов. И сегодня многие химические соединения получают путем брожения, самым выгодным с экономиче- ской точки зрения способом.
Пастер открыл возможность жизни без кислорода. Так живут, в частности, масляно-кислые бактерии, делающие горьким вино, молоко, пиво.
К дальнейшему изучению микроорганизмов Пастера подтолкнула
смерть дочери Жанны от тифа. Он предположил, что бактерии вызыва- ют не только "болезни вина", но и людей. Пастер доказал, что, приви- вая ослабленных микроорганизмов - возбудителей, можно создавать у организма невосприимчивость к болезни - иммунитет. Прививочный материал Пастер назвал вакциной. Открыл вакцину против бешенства.
В настоящее время процессы биохимической технологии широко используются при производстве ценных биологически активных ве- ществ (антибиотиков, ферментов, гормонов и др.), для предотвращения
загрязнения окружающей среды, защиты растений от болезней и вре-
дителей, в крупномасштабном производстве белков и аминокислот,
предназначенных в качестве добавок к кормам в животноводстве.
Новая биотехнология началась после открытия Дж. Уотсоном и
Ф. Криком строения ДНК. Главным объектом исследований до сих пор остается живая клетка, но центральное место в экспериментах за-
нимают манипуляции с ДНК. Пользуясь методами генетической инже-
нерии, создаются искусственные, заранее запрограммированные струк-
туры в виде рекомбинантных ДНК, осуществляют трансплантацию ге-
нов между разными видами микробных клеток, а также между клетка- ми одноклеточных и многоклеточных организмов. Многообразны био- технологические манипуляции с клеточными структурами и протопла- стами. Развитие генетической и клеточной инженерии позволило полу-
чать ранее недоступные вещества - в первую очередь лекарственные препараты (интерфероны, гормоны роста, инсулин человека и др.). Раз- работка методов генетической инженерии, основанных на создании ре- комбинантных ДНК, привела к "биологическому буму", свидетелями которого мы являемся. Эти методы не только открывают возможности улучшения уже освоенных процессов и продуктов, но и дают нам со- вершенно оригинальные способы получения новых веществ, позволя-
ют осуществлять новые процессы.