18 октября мы отмечаем День биотехнолога. Это праздник людей, которые «программируют» живые системы для блага человечества. Они разгадывают тайны живых клеток, дают миру новые лекарства и возобновляемые источники энергии. Это день тех, кто стоит за прорывами в генетике, клеточной терапии и биоинформатике.
Ещё совсем недавно слово «биотехнология» отсутствовало в нашем языке. Сейчас биотехнология – это серьёзная научная дисциплина, являющаяся областью знаний, лежащей на стыке микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, биоорганической химии, биофизики, вирусологии, иммунологии, генетики, инженерных наук и электроники. Человеку, далёкому от этих научных дисциплин бывает нелегко понять, что скрывается за таким нагромождением терминов. Говоря простыми словами, биотехнология – это наука, использующая живые организмы для решения технологических задач, например разработки продуктов или процессов.
Хоть слово «биотехнология» и было введено в речь недавно, человек использовал биотехнологию многие тысячи лет: люди занимались пивоварением, хлебопечением. Сегодня биотехнология применяется в гораздо больших сферах деятельности, нежели изготовление продуктов питания. Давайте вместе рассмотрим основные направления биотехнологии и узнаем, чем же интересна и привлекательна эта наука.
(ПИВОВАРЕННЫЙ СОЛОД). Замечали ли вы, что вкус и консистенция обычной ряженки отличается от вкуса термостатной? В основе этого лежат биотехнологические процессы. При производстве обычной (резервуарной) ряженки внесение закваски и сквашивание идёт в большом общем резервуаре. Когда достигается нужная кислотность, содержимое перемешивают, чтобы добиться однородной консистенции, и только потом разливают по упаковкам. А при производстве термостатной ряженки молоко с закваской сразу разливают по отдельным упаковкам. Сквашивание, созревание и охлаждение происходят прямо в таре. Поэтому мы чувствуем разницу – из-за более медленного и равномерного процесса термостатная ряженка часто кажется более нежной, менее кислой и обладает более выраженным карамельным оттенком от томления молока. И это только один пример. Спектр продуктов питания, получаемых при помощи микроорганизмов, обширен: от вырабатываемых за счёт брожения хлеба, сыра, йогурта, вина и пива до новейшего вида пищевого продукта – грибного белка микопротеина. Как мы видим, биотехнология помогает освоить производство новых разновидностей продукции, улучшать вкусовые качества и увеличивать выход готового продукта.
(ГРАМПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ БАКТЕРИИ) Биотехнология помогает не только при производстве продуктов питания, но и при производстве медицинских препаратов. Ведущую роль в этих процессах занимают различные микроорганизмы, такие как дрожжи и бактерии. Например, с помощью совместной работы дрожжей и молочнокислых бактерий можно получать белково-витаминные препараты из молочной сыворотки.
(КЛОНЫ РАСТЕНИЙ) Очень тесно переплетены между собой биотехнология и сельское хозяйство. Сюда можно отнести и получение удобрений, и систему севооборота, и защиту полей от вредителей, а также создание кормов и кормовых добавок для животных. Но особый интерес представляет микроклональное размножение растений. Это метод бесполого размножения, позволяющий получать множество клонов растений, используя способность растительных клеток к тотипотентности – возможности одной клетки дать начало целому организму. Такие экземпляры являются точной генетической копией материнского растения. Технология микроклонального размножения растений имеет ряд преимуществ перед традиционными способами, такими как семенное и вегетативное размножение (черенками, усами, делением куста). Оно позволяет получить генетически однородный посадочный материал, что очень важно при разведении ценных сортов, и позволяет получать большое количество посевного материала круглый год.
Кроме работ в промышленности и сельском хозяйстве, биотехнологи занимаются разработками в области генетики и молекулярной биологии. Они изучают структуру ДНК растений, животных и даже человека. Видели ли вы когда-нибудь светящихся рыбок? А они уже существуют! Это генетически модифицированные живые организмы, где в структуру ДНК рыбы внедрён ген, который отвечает за синтез флуоресцентных (светящихся) белков. Таким образом получается, что свечение происходит не в результате химической реакции, а перестройки самой структуры организма рыбы. Такая способность сохраняется в течение всей жизни и передаётся по наследству. Это огромный прорыв для науки и всего человечества, ведь простой пример с рыбками – наглядное доказательство того, что мы можем редактировать ДНК под свои нужды.
С момента возникновения цивилизованного общества перед ним всё время стояла проблема сохранения и охраны окружающей среды. Деятельность человека, будь то промышленная, сельскохозяйственная или бытовая, оказывает постоянное влияние на окружающую среду. Многие из этих воздействий имеют негативные последствия. Очистка сточных вод и почвы, ликвидация загрязнений нефтью, переработка отходов и производство биогаза – всеми этими вопросами занимается «зелёная» биотехнология. Она помогает превращать вредные вещества в безопасные соединения, используя различные микроорганизмы, грибы и растения. Самый распространенный пример – это активный ил. Он играет ключевую роль в очистке сточных вод на очистных сооружениях, в том числе и в нашем городе Йошкар-Оле. Активный ил представляет собой уникальную искусственно созданную экологическую систему, в которой микроорганизмы – бактерии, водоросли, грибы – существуют в условиях постоянного притока органических и минеральных веществ, которые они поглощают, тем самым очищая воду.
Мы живём в эпоху, когда грань между природой и технологиями стирается на глазах. Ещё сто лет назад человечество не имело антибиотиков для борьбы с инфекциями. Пятьдесят лет назад мы только научились читать ДНК. Сорок лет назад клонирование казалось фантастикой. А сегодня мы спокойно можем купить в аптеке пенициллин, узнать структуру своего генома и даже посадить в своём саду несколько растительных клонов. Иногда биотехнология кажется нам чем-то далёким – пробирки, гены, микроскопы. Но на самом деле она находится везде – в хлебе, который мы едим, в лекарствах, которые мы принимаем при болезни, в чистой воде, которая течёт из-под крана. Всё это – результат труда многих поколений неутомимых исследователей и настойчивых учёных. Мы ценим ваш труд! Поздравляем!
Если вам хочется узнать о биотехнологии ещё больше, советуем заглянуть в отдел естественно-научной и технической литературы и ознакомиться со следующими изданиями:
- Безуглова, О. С. Удобрения и стимуляторы роста / О. С. Безуглова. – Ростов-на-Дону : Феникс, 2002. – 320 с. – (Подворье).
- Биотехнология: практикум по культивированию клеточных культур : учебное пособие / М. Ш. Азаев, Т. Н. Ильичева, Л. Ф. Бакулина [и др.]. – Москва : ИНФРА-М, 2021. – 142 с. – (Среднее профессиональное образование).
- Биотехнология: принципы и применение / под ред. И. Хиггинса, А. А. Баева и др.; пер. с англ. А. С. Антонова. – Москва : Мир, 1988. – 479 с.
- Виноградов, В. В. Основы биотехнологии : учебное пособие / В. В. Виноградов ; Марийский государственный университет. – Йошкар-Ола, 2008. – 124 с.
- Ионцева, А. Ю. Биология в схемах и таблицах / А. Ю. Ионцева, А. В. Торгалов. – Москва : Эксмо, 2017. – 352 с. – (Наглядно и доступно).
- Ксенофонтов, Б. С. Основы микробиологии и экологической биотехнологии : учебное пособие / Б. С. Ксенофонтов. – Москва : ИД Форум : ИНФРА-М, 2025. – 220 с. – (Высшее образование).
- Сергеев, Р. В. Биотехнология растений : лабораторный практикум / Р. В. Сергеев, Д. Н. Зонтиков, О. М. Конюхова. – Йошкар-Ола : ПГТУ, 2023. – 61 с.
Материал подготовила Ю. Р. Мальцева, библиотекарь отдела естественно-научной и технической литературы
