Биотехнология — дисциплина, направленная на исследование возможности использования живых организмов или продуктов их жизнедеятельности с целью поиска решения современных проблем в медицине, сельском хозяйстве и других отраслях. Одно из направлений биотехнологии — генная инженерия, которая занимается изучением биологических процессов в живых организмах для создания новых видов животных, растений, микроорганизмов или улучшения свойств уже существующих.

Современные методы биотехнологии позволяют обеспечивать многие человеческие потребности — от модификации растений для улучшения качества пищевых продуктов до разработки жизненно необходимых медицинских препаратов.

Методы и основные направления биотехнологии

Биотехнология пересекается со многими другими дисциплинами: молекулярной и клеточной биологией, генетикой, биохимией, эмбриологией и даже с робототехникой, информационной и химической технологиями. Среди отраслей биотехнологии представлена биоинженерия, генная и клеточная инженерия, биомедицина (включающая наномедицину), биофармакология, биоинформатика, бионика, биоремедиация, искусственный отбор, клонирование, гибридизация.

Методы и основные направления биотехнологии

Клеточная и генная инженерия — сегодня основные биотехнологические методы.

Клеточная инженерия предполагает модификацию или выведение новых клеток из тех, что уже существуют. Для этого проводится большое количество лабораторных опытов, в ходе которых наиболее часто комбинируются свойства разных клеток. Исследователи выращивают клетки путем пересадки органелл или слияния клеток. Клеточная инженерия манипулирует также тканями и протопластами. Особое значение получил такой метод клеточной инженерии, как метод культуры изолированных тканей.

Генная инженерия подразумевает проведение лабораторных опытов для создания культур с необходимыми качествами путем искусственного изменения в генотипе микроорганизма. Методы генетической инженерии применяют весьма широко и успешно для изучения человека, онкологических заболеваний и болезней, связанных с иммунной системой. Первые успешные опыты датируются первой половиной 20 столетия, а первый препарат рекомбинантного инсулина был получен в 80-х годах прошлого века.

Введение чуждых для генома бактериальных клеток генов проводят с использованием так называемых «векторных ДНК» (плазмиды, бактериофаги и другие мобильные генетические элементы). Методами генетической инженерии получены трансгенные растения (ГМ-растения) и трансгенные животные.

Клонирование — еще одна методика биотехнологии. Она заключается в создании клона или клонов — потомков, которые на 100% соответствуют прототипу, естественным путем или путем бесполого размножения. Первое клонирование провели на растениях. Сегодня эту методику применяют и для генетического выведения бактерий. Существует также молекулярное клонирование (получение идентичных копий наследственных молекул) и искусственное получение клонов организмов, клеток, молекул.

Основные направления развития биотехнологии (в частности, клеточной инженерии):

разработка штаммов различных микроорганизмов;
выведение новых пород животных и сортов растений;
разработка пищевых продуктов и кормов для животных;
создание средств защиты сельхозкультур от вредителей и различных болезней;
разработка современных методик по защите экологии.

Это только часть направлений, в которых используется биотехнология. Наука постоянно развивается, а ученые ставят перед собой все более сложные цели.

Достижения биотехнологии в разных отраслях

Биотехнология позволила сделать много открытий в сфере медицины и науки.

Достижения биотехнологии в медицине

Медицинские биотехнологии делятся на диагностические и лечебные.

Первые исследования были проведены в 70-х годах 20 века, когда ученые перенесли генетический материал из одного организма в другой с помощью использования рекомбинантной ДНК.

Также при помощи генно-модифицированных бактерий был произведен человеческий инсулин и создан гормон, который стимулирует появление эритроцитов в костном мозге — эритропоэтин.

препарат инсулин

В перспективе ученые рассматривают применение технологий биотехнологии как способ борьбы с неизлечимыми заболеваниями и с болезнями, передающимися наследственно. Кроме того, генная инженерия может помочь с созданием гормональных препаратов для повышения иммунитета и пересадкой генов с целью решения проблемы рождения неполноценных детей.

Современные достижения биотехнологии в науке

Биотехнология способствовала появлению животных абсолютно новых пород и растений новых сортов, что принесло пользу сельскому хозяйству. При этом сегодня селекционные процессы ускорились в 3 раза — с 11 до 3-4 лет.

Биотехнология также используется в микроэлектронике (на основе полевого эффекта созданы ион-селективные транзисторы) и в добыче нефти (для увеличения нефтеотдачи нефтяных пластов). В экологии биотехнологические методы применяются для очистки бытовых и промышленных сточных вод.

Ученые верят, что в будущем биотехнология также поможет решить ряд существующих ныне проблем, таких как:

загрязнение окружающей среды химическими продуктами;
нехватка очищенной и пресной воды;
дефицит энергетики.

Кроме того, биотехнология способна повысить уровень медицинского обслуживания и помочь в создании новых экологически чистых продуктов и материалов.