Место в науке и междисциплинарный статус
Биотехнология признана ведущей дисциплиной, которая задает вектор развития медицины на ближайшие десятилетия. Исторически она сформировалась в недрах микробиологии и является прямым эволюционным продолжением «технической микробиологии». Именно поэтому основы биотехнологии традиционно изучаются на кафедрах микробиологии и иммунологии.
Основоположником направления по праву считается Луи Пастер, чье открытие ферментативной природы брожения заложило фундамент для управления жизнедеятельностью микроорганизмов.
Современная биотехнология — это строго интегральная область знаний. Она возникла и успешно развивается на пересечении сразу нескольких крупных дисциплин:
- Микробиологии;
- Молекулярной биологии и генетической инженерии;
- Иммунологии;
- Химической технологии.
Сущность, предпосылки и цели
Согласно определению академика А.А. Воробьева, фундаментальной основой биотехнологии является изучение процессов жизнедеятельности организмов. Главной предпосылкой к стремительному развитию этой науки стала острая потребность общества в принципиально новых технологиях, а также необходимость удешевления продукции для народного хозяйства, медицины и ветеринарии.
Глобальные цели биотехнологии:
- Промышленное получение целевых продуктов из биологических объектов или с их непосредственным применением.
- Воспроизведение специфических биологических эффектов, в том числе тех, которые не встречаются в естественной природной среде.
Биологические объекты производства
Для реализации поставленных задач биотехнологи используют различные формы жизни. Чаще всего в качестве основного объекта выступают одноклеточные микроорганизмы. Также активно применяются изолированные клетки животных и растений. Значительно реже в производственный процесс вовлекаются целые органы животных или неповрежденные растения.
Выбор именно клеточных структур в качестве производственной базы не случаен. Клетки функционируют как миниатюрные «биофабрики». Они способны синтезировать колоссальный спектр ценных веществ, получение которых иными (небиотехнологическими) путями пока невозможно. К таким веществам относятся:
- Белки, жиры и углеводы;
- Аминокислоты и витамины;
- Антибиотики;
- Гормоны и ферменты;
- Антитела.
Преимущества и экономическая эффективность
Помимо уникальных синтетических способностей, выбор микроорганизмов и клеток обусловлен высокой скоростью их воспроизводства. Это позволяет невероятно быстро наращивать биомассу в огромных промышленных масштабах.
| Тип клетки | Темпы деления (удвоения) |
|---|---|
| Бактериальная клетка | 20–60 минут |
| Дрожжевая клетка | 1,5–2 часа |
| Животная клетка | 24 часа |
Третьим ключевым фактором является экономическая эффективность. Биологический синтез сложных структур (таких как антигены, антибиотики, белки) обходится значительно дешевле и технологически доступнее, чем их искусственный химический синтез.
Огромным плюсом является используемая сырьевая база. В биотехнологии применяется дешевое, легкодоступное и недефицитное сырье. Зачастую это отходы пищевой, рыбной промышленности и сельского хозяйства: меласса, древесина, дрожжи и рыбная мука. Это делает биотехнологическое производство не только экономически выгодным, но и экологически целесообразным.
Чтобы запомнить скорость роста биомассы, используйте правило «от минут к суткам»: бактерии делятся в минутах (20-60), дрожжи — в часах (1,5-2), а животные клетки требуют целые сутки (24 ч).
Вопросы с занятий и экзамена
Почему Луи Пастер считается основоположником биотехнологии?
Пастер открыл ферментативную природу брожения, что впервые доказало возможность практического использования процессов жизнедеятельности микроорганизмов для получения целевых продуктов.
Какие организмы являются основным объектом биотехнологии?
Главным объектом выступают одноклеточные микроорганизмы, так как они обладают самой высокой скоростью воспроизводства и способны синтезировать множество сложных веществ.
В чем заключается экономическая выгода биосинтеза?
Биосинтез технологически проще химического синтеза и позволяет использовать крайне дешевое сырье — промышленные и сельскохозяйственные отходы, такие как меласса, рыбная мука и древесина.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы клеточного синтеза антибиотиков и ферментов
- Применение генетической инженерии для модификации штаммов
- Аппаратура и технологии промышленного культивирования биомассы
- Специфика использования клеток животных и растений в биопроизводстве
Разберите тему целиком в курсе «Микробиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Биотехнология» и ещё 4 383 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 141 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Биотехнология. Генетическая инженерия»
Весь раздел «Биотехнология. Генетическая инженерия»Бесплатные видеоуроки: микробиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.