БІОТЕХНОЛОГІЯ - Іншина Н.М. - 2009

ВСТУП

Історія розвитку біотехнології

Здавна люди використовували біотехнологічні процеси: випікали хліб, варили пиво, виготовляли сир та інші продукти. У всіх цих процесах беруть участь мікроорганізми. Найдавнішим біотехнологічним процесом було бродіння. Відомо, що у третьому тисячолітті до н. е. шумери виготовляли до 20 видів пива. У 1981 р. у процесі розкопок Вавилону була знайдена дощечка (6 тис. р. до н. е.), де був записаний процес виготовлення пива. Отже, окремі елементи біотехнології (використання у промисловому виробництві клітин мікроорганізмів) з’явилися давно.

Наукова основа біотехнології була закладена у працях Луї Пастера (1872 - 1876) - основоположника мікробіології. У 1814 р. петербурзький академік К.С Кірхгоф відкрив явище біокаталізу і за допомогою ферментів мікроорганізмів намагався одержати цукор із доступної вітчизняної сировини (до середини XIX ст. цукор одержували лише з цукрової тростини). У 1891 р. у США японський біохімік Такаміне отримав перший патент на використання ферментних препаратів у промислових процесах під час виробництва цукру.

На початку XX ст. зроблені перші спроби використання ферментів у різних галузях промисловості: цукровій, текстильній, тютюновій. Академік О.М. Бах започаткував прикладний напрям біохімії технічну біохімію.

Учений розробив рекомендації щодо покращання технологій обробки різноманітної біохімічної сировини, удосконалення технологій випікання хліба, пивоваріння, виноробства, виробництва чаю і тютюну. Усі ці дослідження, а також прогрес хімічної і мікробіологічної промисловості створили передумови для виникнення сучасної біотехнології.

Основою біотехнології є мікробіологічна промисловість. У 40 — 50 х роках XX ст. розпочалася ера антибіотиків, був здійснений синтез пеніциліну.

У 1960 — 1970 рр. розпочався розвиток клітинної інженерії.

У 1973 р. була створена перша рекомбінантна молекула ДНК, виникла генна інженерія. У СРСР у 1970 - 1980 рр. під керівництвом академіка Ю.А. Овчинникова були виконані дослідження з уведення в бактеріальну клітину генів людини (інсуліну, інтерферону, гормону росту). Ю.А. Овчинников створив матеріально-технічну базу біоіндустрії, розробив масовий випуск генно-інженерних біопрепаратів для медицини і ветеринарії.

За останні 40 років можна виділити такі етапи в розвитку біотехнології:

1) 70 — 80 роки — поява і розвиток генної і клітинної інженерії (одержані інсулін, соматотропін, інтерферон людини, вакцини);

2) 90-ті роки - поява і розвиток агробіотехнології (створені трансгенні рослини і тварини);

3) сучасний етап — упровадження постгеномних технологій, тобто методів, заснованих на точних знаннях генетичної структури живих організмів.

Основні дати історії біотехнології

1917 р. - Карл Ерекі ввів термін «біотехнологія»;

1943 р. — здійснено промислове виробництво пеніциліну;

1944 р. - Евері, Мак Леод і Мак Карті встановили, що генетичний матеріал є ДНК;

1953 р. — Дж. Уотсон і Ф. Крік визначили структуру ДНК;

1959 р. - С. Очоа, А. Корнберг одержали Нобелівську премію за відкриття ферментів ДНК-полімераз і лігаз;

1961 — 1966 рр. розшифровано генетичний код;

1970 р. - виділено фермент рестриктаза;

1973 р. - Г. Бойер і С. Коен розробили технологію рекомбінантних ДНК і здійснили клонування генів;

1975 р. Р. Келер і С. Мільштейн розробили технологію використання гібридом для одержання моноклональних антитіл;

1976 р. - розроблено методи визначення нуклеотидної послідовності ДНК (секвенування);

1978 р. - фірма Genentech випустила інсулін людини, одержаний за допомогою трансгенних бактерій Е.соlі;

1980 р. — у США видано перший патент на одержання рекомбінантних мікроорганізмів, що утилізують нафту;

1981 р. - розроблено перші автоматичні синтезатори ДНК;

1983 р. — для трансформації рослин уперше застосовано Ті-плазміди;

1985 - 1988 рр. - розроблено метод полімеразної ланцюгової реакції;

1990 - 2003 рр. - здійснено проект «Геном людини»; розшифровано 99% генома людини з точністю 99,99%;

1996 р. секвеновано геном дріжджів Saccharomyces cerevisiae;

1997 р. — клоновано вівцю Доллі із соматичної клітини;

2004 р. - клонування корів, молоко яких містить гормон росту людини; клонування комах.

Найвагомішими відкриттями біологічної науки XX ст. були: визначення ролі ДНК як носія спадкової інформації, розшифрування генетичною коду, розробка технології рекомбінантних ДНК, створення гібридомної технології, секвенування геномів бактерій, дріжджів, нематоди, рослини арабідопсис, людини.

Удосконалення методів маc-спектометрії, ядерного магнітного резонансу, альфа-променевої кристалографії дозволило здійснити революційний прорив у можливостях кількісної та якісної ідентифікації білків, розумінні структури індивідуальних білків і мультиферментних комплексів. Важливим відкриттям у біології є розшифрування структури нуклеосоми і комплексу РНК-полімерази.

Найбільш значущими досягненнями біотехнології початку XXI ст. є розробка високошвидкісних методів секвенування ДНК і потужних обчислювальних засобів для розшифрування геномів, створення карти генома людини.

Розвиток нових технологій дає змогу вченим застосовувати отримані дані про будову генома і розпочати пошук відповідей на принципово нові питання про комплексну природу живих клітин.

На сьогодні пріоритет у розвитку біотехнології належить США. Частка країн у світовому виробництві біотехнологічної продукції становить: США - 42%, країни Євросоюзу - 22%, Китай - 10%, Індія - 2%.

В Україні новаторами біотехнологічних досліджень є:

- Інститут фармакології і токсикології АМН України;

- Київський політехнічний університет;

- Інститут біології клітини НАН України;

- Південно-Східний науковий центр (НТУ «ХПІ», Національний фармацевтичний університет; Інститут кріобіології і кріомедицини НАН України, Інститут низьких температур НАН України).