Уже в глубокой древности люди использовали микроорганизмы в хлебопечении, сыроделии, виноделии, выделке кож. Целенаправленное изменение и использование биологических объектов в пищевой промышленности, медицине, охране природы называют биотехнологией.
В современной биотехнологии выделяют такие направления, микробиологическое производство, клеточная инженерия, генная инженерия.
Использование микроорганизмов для получения ряда веществ (белков, аминокислот и др.) называют микробиологическим синтезом. Для этого создаются микроорганизмы с новыми свойствами. Микробиологическая промышленность выпускает свыше 150 видов продукции. Удалось вывести микроорганизмы, которые синтезируют аминокислоту лизин, не образующуюся в организме человека и некоторых животных. Недостаток лизина в организме задерживает рост животных. Лизин используют как кормовую добавку к рациону сельскохозяйственных животных.
Для получения кормового белка выращивают дрожжи. Использование на корм скоту 1 т. кормового белка экономит 5-8 т. зерна. Добавка 1 т. биомассы дрожжей в рацион птиц способствует получению дополнительно 1,5-2 т. мяса или 25-35 тыс. яиц.
С помощью микроорганизмов получают витамины, органические кислоты — уксусную, лимонную, молочную, а также антибиотики, ферменты, гормоны Для получения всех перечисленных веществ человек создает штаммы микроорганизмов, которые вырабатывают необходимые вещества в количествах, в десятки, сотни и тысячи раз превышающих потребности самих микроорганизмов.
Для извлечения металлов из сточных вод широко используют бактерии, способные накапливать в клетках уран, медь, кобальт. Таким образом, биотехнология участвует в решении экологических проблем.
Микроорганизмы применяют и при решении энергетической проблемы. Для обогрева помещений и приготовления пищи используют биогаз — смесь метана и углекислого газа. Для этого в специальные контейнеры помещают навоз, отходы производства сахара и переработки других продуктов сельского хозяйства, добавляют специальную культуру бактерий, которые питаются изготовленной смесью и выделяют биогаз. Биогаз собирают в специальные емкости. Биогаз давно производят в Индии, Китае, на Филиппинах.
Рулеточная инженерия — это выращивание клеток и тканей высших организмов — растений и животных на специальных питательных средах. Ученые могут получать и выращивать безъядерные клетки, пересаживать ядро из одной клетки в другую. Так удалось 1000 получить гибридные клетки мыши и человека, кошки и собаки.
Хотя клетки животных можно культивировать неограниченно долго, из них не удается вырастить взрослый организм. Из клеток же растений, помещенных на питательную среду, можно вырастить целое растение. Таким путем из небольшой части растения можно получить до 1 млн. растений в год. Этот метод используют для быстрого размножения редких или вновь созданных ценных сортов сельскохозяйственных растений.
При культивировании клеток растений на питательных средах из одной многократно делящейся клетки получают большое число генетически однородных клеток — клоны. Можно получить клоны, в клетках которых накапливается в несколько раз больше ценных веществ, чем в выращиваемом обычным способом целом растении. Так получают, например, биомассу женьшеня для нужд парфюмерной и медицинской промышленности.
Разработан метод гибридизации соматических клеток. Этот метод позволяет создать межвидовые гибриды, которые в естественных условиях получить трудно Так были получены гибриды различных видов картофеля, капусты и турнепса.
Благодаря методам клеточной инженерии сроки, необходимые для выведения но вых сортов растении, сокращаются с 10-12 лет при использовании обычных методов селекции до 3-4 лет
Генная инженерия занимается перестройкой генотипов. Например, если пересадить ген человека, обеспечивающий синтез какого-либо фермента или гормона в клетки микроорганизмов, то они будут производить этот фермент или гормон. Так, больным сахарным диабетом нужно постоянно вводить гормон инсулин. В норме он вырабатывается клетками поджелудочной железы. При нарушении функции поджелудочной железы инсулин не вырабатывается или вырабатывается в недостаточной степени Первоначально инсулин получали из поджелудочных желез свиней и коров. В 1982 г. удалось ввести ген человека, ответственный за выработку инсулина, в генотип бактерии — кишечной палочки. Теперь больные диабетом получают не свиной или коровий инсулин, а человеческий, производимый микробиологической промышленностью.
Ученые работают над изменением генотипов злаков. Они вводят в их генотипы специальный ген бактерий, который будет способствовать усвоению азота из атмосферного воздуха. Решение этой проблемы позволило бы сократить затраты средств на производство азотных удобрений.
Перенос генов используется и при выведении новых сортов декоративных растений. Так, в генотип петунии был перенесен ген, нарушающий образование пигмента в лепестках. Таким путем была создана петуния с белыми цветками.
Современная биотехнология порождает новые проблемы, например возможность появления микроорганизмов с непредсказуемыми свойствами, возбудителями страшных заболеваний. В связи с этим были приняты меры по ограничению применения генной инженерии и предотвращению распространения микроорганизмов в окружающей среде.
