3.19 Биотехнология: достижения и перспективы развития

Вопрос 1. Что такое биотехнология?

Биотехнология — это использование ор­ганизмов, биологических систем или биологи­ческих процессов в промышленном производ­стве. К отраслям биотехнологии относятся генная, хромосомная и клеточная инженерия, клонирование сельскохозяйственных расте­ний и животных, использование микроорга­низмов в хлебопечении, виноделии, производ­стве лекарств и др.

Вопрос 2. Какие проблемы решает генная ин­женерия? С какими трудностями связаны исследования в этой области?

Методы генной инженерии позволяют ввес­ти в генотип одних организмов (например,бактерий) гены других организмов (напри­мер, человека). Генная инженерия позволила решить проблемы промышленного синтеза микроорганизмами различных человеческих гормонов, например инсулина и гормона рос­та. Путем создания генетически модифициро­ванных растений она обеспечила появление сортов, устойчивых к холодам, заболеваниям и вредителям. Основной трудностью для ген­ной инженерии является наблюдение и конт­роль за деятельностью привнесенной извне ДНК. Важно знать, способны ли трансгенные организмы выдерживать «нагрузку» чужерод­ных генов. Существует также опасность само­произвольного переноса (миграции) чужерод­ных генов в другие организмы, в результате чего они могут приобрести нежелательные для человека и природы свойства. Не на последнем месте стоит и этическая проблема: а имеем ли мы право переделывать живые организмы ра­ди собственного блага?

Вопрос 3. Как вы думаете, почему селекция микроорганизмов приобретает в настоящее время первостепенное значение?

Существует несколько причин повышения интереса к селекции микроорганизмов:

легкость селекции (по сравнению с рас­тениями и животными), которая обусловлена большой скоростью размножения и простотой культивирования бактерий;
огромный биохимический потенциал (разнообразие осуществляемых бактериями реакций — от синтеза антибиотиков и витами нов до выделения из руд редких химических элементов);
простота генно-инженерных манипу­ляций; важно также то, что встроенный в ДНК бактерии ген автоматически начинает рабо­тать, поскольку (в отличие от эукариотических организмов) все гены прокариотов активны.В результате на сегодняшний день сущест­вует огромное число примеров использования новых штаммов бактерий на практике: произ­водство продуктов питания, гормонов человека, переработка отходов, очистка сточных вод и др.

Вопрос 4. Приведите примеры промышленно­го получения и использования продуктов жизнеде­ятельности микроорганизмов.

С давних времен кисломолочные бактерии обеспечивают приготовление простокваши и сыра; бактерии, для которых характерно спиртовое брожение, — синтез этилового спир­та; дрожжи используют в хлебопечении и ви­ноделии.

С 1982 г. в промышленных масштабах по­лучают инсулин, синтезируемый кишечной палочкой. Это стало возможным после того, как при помощи методов генной инженерии ген инсулина человека был встроен в ДНК бак­терии. В настоящее время налажен синтез трансгенного гормона роста, который исполь­зуется для лечения карликовости у детей.

Микроорганизмы участвуют также в биотех­нологических процессах по очистке сточных мод, переработке отходов, удалению нефтяных разливов в водоемах, получению топлива.

Вопрос 5. Какие организмы называют транс­генными?

Трансгенными (генетически модифициро­ванными) называют организмы, содержащие искусственные дополнения в геноме. Приме­ром (помимо упомянутой выше кишечной па­лочки) могут служить растения, в ДНК кото­рых встроен фрагмент бактериальной хро­мосомы, ответственный за синтез токсина, отпугивающего вредных насекомых. В резуль­тате получены сорта кукурузы, риса, картофе­ля, устойчивые к вредителям и не требующие использования пестицидов. Интересен при­мер лосося, ДНК которого дополнили геном, активирующим выработку гормона роста. В результате лосось рос в несколько раз быст­рее, и вес рыб оказался гораздо больше нормы.

Вопрос 6. В чем преимущество клонирования по сравнению с традиционными методами селекции?

Клонирование направлено на получение точных копий организма с уже известными характеристиками. Оно позволяет добиваться лучших результатов в более короткие сроки, чем традиционные методы селекции.

Клонирование дает возможность работать с отдельными клетками или небольшими заро­дышами. Например, при разведении крупного рогатого скота зародыш теленка на стадии не­дифференцированных клеток разделяют на фрагменты и помещают их в суррогатных матерей. В результате развиваются несколько идентичных телят с необходимыми признаками и свойствами.

При необходимости можно использовать и клонирование растений. В этом случае селек­ция происходит в клеточной культуре (на ис­кусственно культивируемых изолированных клетках). И лишь затем из клеток, обладаю­щих необходимыми свойствами, выращивают полноценные растения.

Наиболее известный пример клонирова­ния — пересадка ядра соматической клетки в развивающуюся яйцеклетку. Эта технология в будущем позволит создать генетического двойника любого организма (или, что более актуально, его тканей и органов).