Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Біотехнологія щодо питань екології

Зміст

Вступ
Біотехнологія,як наука
Історія біотехнології
4 як біотехнологія допомагає довкіллю:
5 допомога в сільському господарстві
6. боротьба с голодом
7 боротьба з хворобами
8 досягнення біотехнології
9 біологізація і екологізація
1 висновок
1 посилання

біотехнології пов'язують вирішення глобальних проблем людства — ліквідацію недостачі продовольства, енергії, мінеральних ресурсів, поліпшення стану охорони здоров'я і якості навколишнього середовища.

Метод

Біологічний метод полягає у використанні для захисту рослин від шкідливих організмів їх природних ворогів (хижаків, паразитів, гербофагів, антагоністів), продуктів їх життєдіяльності (антибіотиків, феромонів, ювеноїдів, біологічно активних речовин) та ентомопатогенних мікроорганізмів з метою зменшення їх чисельності та шкодочинності і створення сприятливих умов для діяльності корисних видів у агробіоценозах, тобто застосування «живого проти живого». Позитивним фактором у застосуванні біологічного методу є його екологічність. Біологічні засоби можна використовувати без обмеження кратності застосування, в той час як кількість обробок рослин хімічними пестицидами суворо регламентована. Біологічний метод захисту рослин — сучасна фундаментальна прикладна галузь знань, головною метою якої є отримання високоякісної екологічної продукції і збереження природного різноманіття сільськогосподарських культур. Біологічний захист рослин ґрунтується на системному підході, комплексній реалізації двох основних напрямків: збереження і сприяння діяльності природних популяцій корисних видів (ентомофагів, мікроорганізмів), самозахисту культурних рослин в агробіоценозах та поновлення агробіоценозів корисними видами, яких в них не вистачає або тих, які відсутні. Принциповою відміною біологічного методу захисту рослин від будь-якого іншого є використання саме першого напрямку, який здійснюють, застосовуючи біологічні препарати, способами сезонної колонізації, інтродукції та акліматизації зоофагів і мікроорганізмів. Розмноженню і ефективності діяльності корисних видів сприяють агробіотехнічні заходи, та деякі способи обробітку ґрунту за допомогою яких можна створювати сприятливі умови для життєдіяльності зоофагів. Безвідвальна оранка бурячищ призводить до накопичення ценокрепіса — паразита бурякового довгоносика. Створення умов для додаткового живлення дорослих комах підсилює діяльність зоофагів. Підсів нектароносів поряд з посівами сільськогосподарських культур і створення квітучого конвеєра (фацелії, віки, рапсу, гірчиці, гречки тощо) сприяють накопиченню для додаткового живлення і збільшенню чисельності анафеса — паразита п'явиць і щитоносок, мух дзюрчалок, золотоочок хижаків попелиць, ускакни паразита горохової зернівки, апантелесів, птеромалюса, ернестії паразитів лускокрилих на капусті. Додаткове живлення нектаром і пилком продовжує життя і збільшує плодючість багатьох зоофагів. Важливим агротехнічним заходом є вирощування стійких до шкідливих організмів сортів культурних рослин, що сприяє формуванню слабожиттєздатних популяцій шкідників. Кожен з основних засобів біологічного методу (застосування зоофагів, корисних в захисті рослин мікроорганізмів) має свої особливості і виявляє ефективність у відповідних умовах. Ці засоби не виключають, а доповнюють один одного. Нині особливу увагу приділяють пошуку шляхів спільного застосування біологічного захисту з іншими методами в інтегрованих системах захисту рослин від шкідливих організмів. Основним завданням даного методу є вивчення умов, які визначають ефективність природних ворогів шкідливих організмів і розробка способів регулювання їх чисельності і взаємовідносин з популяціями шкідливих організмів. До природних ворогів комах належать ентомофаги (хижаки і паразити) та хвороботворні (ентомопатогенні) мікроорганізми. До останніх належать збудники вірусних, бактеріальних, грибних, протозойних і нематодних (паразитичні види круглих червів) захворювань. Найчисельніші ентомофаги серед комах, павуків, кліщів. Значну користь у знищенні шкідників приносять хребетні тварини — комахоїдні птахи, риби, плазуни і ссавці. Ефективні хижаки належать до ряду твердокрилих, багато видів, що застосовуються для захисту рослин від шкідників, належать до родини кокцинелід або сонечок, які живляться попелицями, листокрутками, білокрилками, кліщами-фітофагами. Велику корисну роль в агробіоценозах відіграють хижі жужелиці, що живляться комахами, котрі мешкають у ґрунті, а саме: гусеницями підгризаючих і листогризучих совок, лучного і стеблового метеликів, дротяниками та несправжньодротяниками. Деякі хижаки мешкають на рослинах (красотіл великий) і знищують гусінь непарного кільчастого шовкопряда. Кримська жужелиця знищує шкідливих слимаків у садах і лісах Криму, червононога жужелиця живиться личинками і лялечками колорадського жука. Часто темп розмноження попелиць, листоблішок, кліщів стримують хижі личинки мух сирфід, галиць, сітчатокрилі, трипси та клопи. Ентомофаги мешкають у різноманітних екологічних умовах і тому відзначаються різними способами життя. Хижаки відкладають яйця в колонії попелиць, листоблішок, кокцид, кліщів або в середовище, що їх оточує. Одні живляться тільки у фазі личинки (мухи сирфіди, галиці, золотоочка звичайна), чи в дорослій фазі (скорпіонові мухи, мурашки, багато видів ос), інші — в дорослій фазі і фазі личинки (трипси, клопи, більшість сітчастокрилих, кокцинеліди, жужелиці, мухи ктирі тощо). Багато факультативних хижаків серед клопів (макролофус, подізус) Більшість ефективних хижаків серед кліщів належать до ряду паразитоформних і акаріформних. Найбільш вивчені і ефективні паразитоморфні кліщі родини фітосеїд, акаріморфні аністиди, хейлетиди, стігмеїди. Основними способами застосування ентомофагів і акаріфагів проти шкідників є: сезонна колонізація, інтродукція і акліматизація, внутрішньоареальне переселення, створення умов для їх розмноження. Сезонна колонізація передбачає штучне масове розведення і випуск ентомофагів в природу. В популяціях ентомофаги часто знаходяться в незначній кількості і самостійно не можуть стримувати розмноження шкідників. Масовий випуск комах здійснюється на початку фази, яка ушкоджується ентомофагом, в подальшому передбачається що вони будуть розмножуватись самостійно. Спосіб сезонної колонізації передбачає застосування видів роду трихограма, які використовуються проти підгризаючих, листогризучих совок, біланів, молей, листокруток тощо, та паразитів тепличної білокрилки енкарзію, дракона — паразита бавовняної совки, стеблового метелика, хойою — паразита американського білого метелика тощо. Використовують і хижаків — криптолемуса проти червеців, фітосейулюса проти павутинного кліща, хижу галицю афідимізу для знищення попелиць в захищеному ґрунті тощо. Інтродукція і акліматизація застосовуються проти карантинних шкідників, які мають обмежене розповсюдження в країні. Природні вороги обмежують розмноження шкідника на його батьківщині, а в новому географічному районі вони відсутні. Ефективних зоофагів і мікроорганізмів для завезення і акліматизації знаходять на батьківщині шкідливого організму і переселяють у нові райони. Найкращі результати отримують при завезенні вузькоспеціалізованих видів, які пристосовані до існування за рахунок одного шкідника, хвороби, бур'яну. Успішним було використання афелінуса проти кров'яної попелиці, родолії проти австралійського жолобчастого червиця, гриба ашерсонії проти цитрусової білокрилки. Внутрішньоареальне переселення полягає у переселенні ефективних, частіше спеціалізованих, природних ворогів із старих вогнищ, де чисельність шкідливих організмів знижується, у нові, які виникають в інших частинах ареалу виду, де ці вороги відсутні або ще не накопичилися. Мікроорганізми, які ушкоджують шкідливі види, для захисту рослин застосовуються у формі біологічних препаратів. Більшість біологічних бактеріальних препаратів створено на основі кристалоутворюючих бактерій групи Bacillus thuringiensis Berl., які утворюють спори і кристали, здатні розчинятися у кишечнику комах, куди вони потрапляють із кормом. У боротьбі з лускокрилими шкідниками сільськогосподарських культур і і лісу застосовуються такі препарати як лепідоцид, дендробацилін, гомелін, бітоксибацилін, наводор, астур, ентобактерін тощо. Препарат гаупсин, створений на основі неспорової бактерії Pseudomonas aureophaciens, використовується проти гусені яблуневої плодожерки і парші, борошнистої роси, плодової гнилі на яблуні і ґрунті. Для захисту від гризунів (полівок, мишей, щурів) дозволено використання наземним способом бактороденцида, зернового і амінокісткового, основою якого є бактерія Salmonella enteritidis. Грибні препарати містять спори ентомопатогенних грибів, що належать до недосконалих. Препарат боверин (концентрат БЛ і сухий порошок) використовується проти колорадського жука, гусені яблуневої плодожерки, оранжерейної білокрилки, на ефіроолійних культурах; вертицилін зерновий — проти оранжерейної білокрилки на огірках закритого ґрунту; пециломін — проти гусені плодожерок; метаризин — проти твердокрилих (бурякового і люцернового довгоносиків, дротяників); мікоафідин і мікоафідин Т — проти горохової та інших попелиць; нематофагін — проти галових нематод на овочевих культурах закритого ґрунту. Вірусні біологічні препарати (вірини) виготовляються на основі вірусів поліедрозу і гранульозу, які найчастіше уражують лускокрилих. Зараз рекомендовані для застосування рідкий препарат вірин-НШ проти шовкопряда-недопарки, вірин-КШ проти кільчастого шовкопряда в садах і плодозахисних смугах, вірин-КС проти гусені 1-2 віку капустяної совки на капусті і інших овочевих культурах, вірин-ОС (вірус гранульозу з домішкою вірусу поліедрозу озимої совки) на овочевих і баштанних культурах проти гусені 1-2 віку озимої совки, вірин-ГЯП на основі вірусу гранульозу яблуневої плодожерки (застосовується проти гусені, що відродилася), вірин АБМ. В живих системах на всіх рівнях організації поширеним способом передачі інформації є хімічна комунікація. Останнім часом велика увага приділяється розробці і застосуванню біологічно активних речовин, які забезпечують взаємовідносини між живими організмами в біоценозах, їх ріст і розвиток. Основною групою біологічно активних речовин є феромони. Феромони — хімічні речовини, які виробляють і виділяють в довкілля комахи. Ці речовини викликають відповідні поведінкові або фізіологічні реакції. Існують різні групи феромонів — статеві, агрегаційні, слідові тощо. Найбільшого поширення у практиці захисту рослин набули статеві феромони, які найчастіше виділяють самки для приваблювання самців. Найбільш вивченими є феромони лускокрилих, жорсткокрилих, клопів, сітчастокрилих, термітів. На основі визначення структури природних феромонів комах створені їх синтетичні аналоги. Статеві феромони використовуються для виявлення і визначення зони поширення шкідників, для сигналізації строків застосування захисних заходів, визначення щільності популяцій шкідників, а також для захисту посівів шляхом масового відлову самців («самцевого вакууму») і дезорієнтації, приваблення самців при хімічній стерилізації. Феромонні пастки слід виставляти за 7-10 днів до початку льоту імаго і щоденно оглядати. Після відлову перших самців огляд пасток, підрахунок і збір комах проводять кожні 5-7 днів. Капсули міняють через 30-35, клейові вкладки — через 10-15 днів. Масовий відлов шкідників проводиться за допомогою великої кількості пасток (від 10-30 до 100 і більше на 1 га). Спосіб дезорієнтації комах передбачає насичення площі високими концентраціями синтетичного феромону і порушення феромонної комунікації між самцями та самками. В результаті неспарені самки відкладають незапліднені яйця, що й зумовлює зниження чисельності виду. Встановлено, що процесу метаморфозу, линьки, розмноження і діапаузи комах регулюють гормони. Найбільш вивченими є ювенільний (личинковий), екдизон (линочний) і мозковий. Гормони були синтезовані і отримані як хімічні сполуки, що за структурою відрізняються від природних, але імітують їх біологічну активність — виконують роль регуляторів росту і розвитку комах. В захисті рослин практичного застосування набули інгібітори синтезу хитину і ювеноїди. Гормональні препарати за своєю дією значно відрізняються від традиційних інсектицидів. Вони не токсичні, але зумовлюють порушення ембріонального розвитку, метаморфозу, викликають стерилізацію. Інгібітори хітину порушують формування кутикули під час линьки. Ювеноїди викликають загибель при завершенні личинкового або лялечкового розвитку, є інгібіторами синтезу хитину при черговій линці. До застосування в практиці захисту рослин дозволені такі регулятори росту і розвитку комах: ювеноїди альтозид, кабат, майнекс, інстар, інсегар; інгібітори синтезу хитину димілін, алсистин, андалін, аплауд, ЕЙМ, сонет, номолт, каскад. Біологічний метод боротьби з хворобами рослин полягає у використанні існуючих у природі явищ надпаразитизму, антибіозу, тобто антагоністичних відносин між організмами, які розвиваються на рослинах і в ґрунті. В наш час найбільша увага приділяється вивченню і використанню антагоністів і продуктів їх життєдіяльності — антибіотиків. Як антагоністи багатьох фітопатогенів добре вивчені і застосовуються гриби роду Trichoderma. Вони поширені в ґрунтах різних типів і продукують антибіотики — гліотоксин, віридин, триходермін, соцукацилін, аламецин тощо, які мають антибактеріальні і антигрибні властивості. На основі цих збудників створено препарат триходермін — БЛ. Проти борошнистої роси огірка в захищеному ґрунті пропонується препарат бактофіт на основі бактерії Bacillus subtilis. Важлива роль у біологічному захисті рослин від хвороб відведена мікрофільним грибам — над паразитам (роду Ampelomyces, Trichothecium). Незавершений гриб Trichothecium roseum Lin утворює антибіотик трихотецин, який пригнічує розвиток і ріст багатьох грибів — збудників борошнистої роси огірків, моніліозу тощо. На його основі створений біологічний препарат трихотецин. Фітобактеріоміцин (ФБМ), продукт життєдіяльності Actinomyces lavendulae, рекомендований проти бактеріозів квасолі, кореневих гнилей пшениці, коренеїда цукрових буряків, слизового та судинного бактеріозу капусти. Біологічний метод боротьби з бур'янами вперше було застосовано проти чагарника лантани на Гавайських островах червеця Orthezia insignis Pung. В Україні біологічний захист застосовується проти паразитичної безхлорофільної рослини вовчка, яка уражує понад 120 видів культурних рослин, а найбільше соняшник. Серед організмів, які зменшують чисельність вовчка, найактивнішою є муха фітоміза. Нині великого значення набуває боротьба з амброзією полинолистою, яка поширюється в Україні на орних землях, пасовищах, луках, узбіччях доріг. В 1978 році проти неї був використаний інтродукований з Північної Америки амброзієвий листоїд. В цьому напрямку була проведена велика робота вченими інституту зоології АН РФ. Генетичний метод боротьби з шкідливими організмами був розроблений і запропонований А. С. Серебровським (1938, 1950). Цей метод передбачає насичення природної популяції шкідника генетично неповноцінними особинами того ж виду. Самки природної популяції, спаровуючись з такими особинами, відкладають нежиттєздатні яйця, не дають потомства, відбувається самознищення шкідника. Генетичний метод здійснюється способами променевої і хімічної стерилізації. Спосіб променевої стерилізації передбачає масове розведення шкідників, опромінення їх (гамма-променями, рентгенівськими променями) і наступний випуск в плодові насадження, посіви сільськогосподарських культур. У опромінених особинах виникають пошкодження хромосомного апарату. При хімічній стерилізації у якості стерилізаторів використовуються хімічні речовини, які належать до алкилючих сполучень, антиметаболітів і антибіотиків. Перші викликають статеву стерильність самок і самців, антиметаболіти обумовлюють стерильність самок. Генетичний метод боротьби був застосований у 1954 році проти сірої м'ясної мухи на острові Кюрасао, яка наносить великої шкоди тваринництву. Випуск стерилізованих особин був успішним. Генетичному методу боротьби притаманна вибірковість, його застосування не зв'язане з негативним впливом на довкілля і не сприяє з'явленню стійкості до факторів стерилізації.

[ред.]Історія біотехнології

З найдавніших часів людина використовувала біотехнологічні процеси при хлібопеченні, готуванні кисломолочних продуктів, у виноробстві тощо, але лише завдяки роботам Луї Пастера в середині 19 століття, що довели зв'язок процесів шумування з діяльністю мікроорганізмів, традиційна біотехнологія одержала наукову основу. У 40-50-ті роки 20 ст., коли був здійснений біосинтез пеніцилінів методами ферментації, почалася ера антибіотиків, що дала поштовх розвитку мікробіологічного синтезу і створенню мікробіологічної промисловості. У 60-70-ті р. 20 ст. почала бурхливо розвиватися клітинна інженерія. Зі створенням у 1972 групою П. Берга в США першої гібридної молекули ДНК in vitro формально пов'язане народження генетичної інженерії, що відкрила шлях до свідомої зміни генетичної структури організмів таким чином, щоб ці організми могли робити необхідні людині продукти і здійснювати необхідні процеси. Ці два напрямки визначили образ нової біотехнології, що має мало загального з тією примітивною біотехнологією, що людина використовувала протягом тисячоріч. Показово, що в 1970-ті рр. одержав поширення і самий термінбіотехнологія. З цього часу біотехнологія нерозривно пов'язана з молекулярною і клітинною біологією, молекулярною генетикою, біохімією і біоорганічною хімією. За стислий період свого розвитку (25-30 років) сучасна біотехнологія не тільки домоглася істотних успіхів, але і продемонструвала необмежені можливості використання організмів і біологічних процесів у різноманітних галузях виробництва і народного господарства.

[ред.]Біотехнологія як наука

Біотехнологія — це комплекс фундаментальних і прикладних наук, технічних засобів, спрямованих на одержання і використання клітин мікроорганізмів, тварин і рослин, а також продуктів їх життєдіяльності: ферментів, амінокислот, вітамінів, антибіотиків та ін.

Біотехнологія, яка включає промислову мікробіологію, базується на використанні знань і методів біохімії, мікробіології, генетики і хімічної технології, що дає змогу діставати користь у технологічних процесах із властивостей мікроорганізмів та клітинних культур. Що стосується сучасніших біотехнологічних процесів, то вони базуються на методах рекомбінантних ДНК, а також на використанні іммобілізованих ферментів, клітин і клітинних органел.

Основні напрямки досліджень:

Розроблення наукових основ створення нових біотехнологій за допомогою методів молекулярної біології, генетичної та клітинної інженерії.
Одержання й використання біомаси мікроорганізмів і продуктів мікробіологічного синтезу.
Вивчення фізико*хімічних та біохімічних основ біотехнологічних процесів.
Використання вірусів для створення нових біотехнологій.

[ред.]Застосування

Біотехнологія застосовується навколо нас у багатьох предметах щоденного вжитку — від одягу, який ми носимо, до сиру, який ми споживаємо. Протягом столітьфермери, пекарі та пивовари використовували традиційні технології для зміни та модифікації рослин та продуктів харчування — пшениця може слугувати давнім прикладом, а нектарин — одним з останніх прикладів цього. Сьогодні біотехнологія використовує сучасні наукові методи, які дозволяють покращити чи модифікувати рослини, тварини, мікроорганізми з більшою точністю та передбачуваністю.

Споживачі повинні мати можливість вибору з якомога ширшого переліку безпечних продуктів. Біотехнологія може надати споживачам можливість такого вибору — не лише в сільському господарстві, але також в медицині та паливних ресурсах.

[ред.]Переваги біотехнологій

Біотехнологія пропонує величезні потенційні переваги. Розвинуті країни та країни, що розвиваються, повинні бути прямо зацікавлені у підтримці подальших досліджень, спрямованих на те, щоб біотехнологія могла повністю реалізувати свій потенціал.

Біотехнологія допомагає довкіллю. Дозволяючи фермерам зменшити кількість пестицидів та гербіцидів, біотехнологічні продукти першого покоління призвели до зменшення їх використання в сільськогосподарській практиці, а майбутні продукти біотехнологій повинні принести ще більше переваг. Зменшення пестицидного і гербіцидного навантаження означає менший ризик токсичного забруднення ґрунтів та ґрунтових вод. Окрім того, гербіциди, які застосовуються в поєднанні з генетично модифікованими рослинами, часто є безпечнішими для довкілля, аніж гербіциди попереднього покоління, на зміну яким вони приходять. Культури, виведені методами біоінженерії, також ведуть до ширшого застосування безвідвальної обробки ґрунту, що в кінцевому рахунку призводить до зменшення втрат родючості ґрунту.

Величезний потенціал біотехнологія має і в боротьбі з голодом. Розвиток біотехнологій пропонує значні потенційні переваги для країн, що розвиваються, де понад мільярд жителів планети живуть в бідності та страждають від хронічного голоду. Через зростання врожайності та виведення культур, стійких до хвороб та посухи, біотехнологія може зменшити брак їжі для населення планети, яке станом на 2025 рік складатиме понад 8 мільярдів чоловік, що на 30 % більше ніж сьогодні. Вчені створюють сільськогосподарські культури з новими властивостями, які допомагають їм виживати у несприятливих умовах посух та повеней.

Біотехнологія допомагає боротися з хворобами. Розвиваючи та покращуючи медицину, вона дає нові інструменти у боротьбі з ними. Саме біотехнологія дала нам медичні методи лікування кардіологічних хвороб: склерозу, гемофілії, гепатиту, та СНІДу. Сьогодні створюються біотехнологічні продукти харчування, які зроблять дешевими та доступними для найбіднішої частини населення планети життєво необхідні вітаміни та вакцини.

[ред.]Застереження щодо застосування

Об'єми вилучення біопродукціі з біосфери досягли 70 %, а жива матерія функціонує на оптимальному рівні тоді, коли з продукції біосфери вилучається не більше 1 %. Екосистеми і біосфера в цілому все більше втрачають здатність до саморегуляції та самопідтримки. У кінцевому результаті це надає кругообігу речовин на земній кулі якісно нового та непередбачуваного характеру. Сама стабільність функціонування біосфери опинилася під загрозою. Забрудненням та деградацією охоплені усі геосфери Землі. Повітря, вода та ґрунт стали втрачати свої основні природні властивості.

[ред.]Біотехнологія у царині охорони здоров'я

Біотехнологія може привнести значні переваги у сферу охорони здоров'я. Збільшуючи поживну цінність їжі, біотехнологія може використовуватися для покращення якості харчування. Наприклад, зараз створюються сорти рису та кукурудзи з підвищеним вмістом білків. У майбутньому споживачі зможуть скористатися олією із зменшеним вмістом жирів, яку буде отримано з генетично модифікованих кукурудзи, сої, ріпаку. Крім того, генетична інженерія може використовуватися для виробництва продуктів харчування з підвищеним рівнем вітаміну А, що допоможе розв'язати проблему сліпоти у країнах, що розвиваються. Генетична інженерія також пропонує інші переваги для здоров'я, адже сьогодні створено методи, які дозволяють видаляти певні алергенні протеїни з продуктів харчування або уникати їх передчасного псування.

Біотехнологічні продукти, які створені та зареєстровані в Сполучених Штатах Америки відповідними регулюючими органами, є повністю безпечними. Наявна на сьогодні інформація свідчить про те, що продукти біотехнологій, які на сьогодні комерціалізовані, такі ж безпечні для людини та для довкілля, як і традиційні продукти харчування. Регулюючі органи в Сполучених Штатів Америки постійно вдосконалюють свої процедури щодо гарантування безпеки біотехнологічних продуктів, і якби були наукові докази того, що біотехнологічні продукти складають загрозу для здоров'я людини, то на сьогодні таких продуктів не було б на ринках США.

Блокування торгівлі цілком безпечними сільськогосподарськими продуктами зменшує можливість вибору для споживача, змушує його сплачувати вищу ціну за основні продукти та затримує подальші наукові дослідження, спрямовані на розробку біотехнологічних продуктів, що мають нові переваги.

Справжня наука залишається найкращою базою для прийняття рішень щодо безпеки для людини та довкілля. При цьому не повинні ігноруватися законні побоювання щодо можливих впливів на довкілля, яке нас оточує. Сполучені Штати Америки відкриті до діалогу, який базується на наукових даних, і проходить за участю всіх зацікавлених сторін. В той же час громадськість не повинна позбавлятися права на вибір нових продуктів внаслідок дезінформації, яка викликає безпідставні страхи.

Точна та достовірна інформація стосовно безпеки біотехнологічних продуктів повинна бути доступна всьому населенню. Прозорість прийняття рішень є центральною для зростання рівня довіри суспільства до науки. Сполучені Штати Америки вірять у важливість та необхідність реагування на побоювання певної частини суспільства щодо біотехнологій та закликають усі країни до надання точної та повної інформації щодо безпеки цих продуктів.

Хвороби рослин, включаючи грибкові та вірусні, можуть знищити врожай та суттєво знизити якість продукції. Щоб зменшити економічні втрати від хвороб, фермери мусять збільшувати площі для отримання потрібного врожаю. Це збільшення посівної площі, пального, води та добрива, тягнуть витрати, які потім будуть відшкодовувати покупці.

До того ж, багато фермерів борються з вірусними хворобами шляхом знищення шкідників, таких як попелиця, що розповсюджує хворобу. Хімічні інсектициди сприяють підвищенню цін та ресурсів, необхідних для відшкодування наслідків захворювань

Не всі фермери мають можливість дозволити собі традиційні методи боротьби з хвороб. А дорогі хімічні препарати є недоступними у багатьох частинах світу, а саме уАфрики, де, наприклад, є певний вірус, який часто знищує дві третини врожаю батату.

Біотехнологія надає можливість отримувати сорти, захищені від певних різновидів вірусів. Шляхом перенесення маленької частки ДНК від вірусу до генетичної структури рослини, дослідники отримують сорти, у яких є імунітет до певних хвороб.

Захищені від хвороб сорти надають сільськогосподарські, економічні переваги фермерам, та не забруднюють навколишнє середовище. Фермери зможуть боротися зкомахами, які розповсюджують вірусні хвороби, та, таким чином, захистити свої врожаї. Фермери мають можливість вирощувати вищі врожаї на тій же площі, та зменшувати витрати ресурсів, таких як: робоча сила, добрива, пестициди, насіння та обладнання. Ці переваги дозволяють фермерам обробяти додаткові площі, або збільшувати врожай на одиницю площі і, як наслідок, дозволяє їм збільшити законсервовані площі.

Використовуючи біотехнологію, дослідники сьогодні працюють, щоб захистити люцерну, диню мускусну, кукурудзу, огірки, виноград, картоплю, сою, гарбузи і томати від вірусних хвороб, а також перець та томати від грибкових захворювань.

Мільйони років життя розвивається у різноманітних структурах, формах та функціях. Біля 300 000 різних видів рослин й більш ніж мільйон видів тварин відомі сьогодні, і не існує двох подібних. Однак доведено, що в середині таксономічних родин є схожі риси.

Ми сприймаємо як належне, що діти повторюють своїх батьків та що живі істоти виявляють схожість, яка переходить із покоління в покоління. Родинна схожість є настільки явним і природним явищем, що ми рідко замислюємося над цим. Протягом віків фермери та селекціонери використовували родинну подібність для підвищення продуктивності рослин і тварин. Наприклад, за допомогою селекції рослин, що були найбільшими, найсильнішими, найменш схильними до хвороб, фермери та селекціонери створювали поліпшені гібриди. Вони про це не здогадувались, але те було практикою елементарних форм генної інженерії — основоположного процесу, який використовується у біотехнології.

Закони, на яких базується перенесення генетичних рис, були загадкою ще 150 років тому, коли Грегор Мендель вперше почав вивчати спадковість культурних рослин. Досліджуючи ретельно підготовлені експерименти та математичні обрахунки, Мендель прийшов до висновку, що певні невидимі частинки зберігають спадкові риси, та що ці риси переходять з покоління у покоління. Вчений світ виявив неспроможним усвідомити дивовижність мендельського відкриття ще деякий час після смерті великого вченого, але його праці лягли в основу біотехнології.

У 1950-х рр. біологи здобули великих успіхів у вивченні спадковості. Завдяки з опису структури ДНК Джеймсом Вотсоном і Френсісом Кріком, вчені прийшли до висновку, як генетична інформація зберігається у живих клітинах, як ця інформація залишає відбиток і як вона передається з покоління до покоління.

До 1980-х рр. вчені вже спробували (і дуже вдало) переміщати частинки генетичної інформації, які отримали назву гени, від одного організму до іншого. Ця можливість переміщати генетичну інформацію відома як генна інженерія, єдиний процес, який використовували у біотехнології. Залишаючись все ще відносно молодою наукою, біотехнологія подає великі надії. Вона надає дослідникам можливість покращувати якісні та кількісні показники сільськогосподарських культур, які захищені природним шляхом від хвороб та комах. Біотехнологія також забезпечує нові шляхи лікування хронічних захворювань людини, виробництва хімічних речовин та переробки відходів.

[ред.]Біотехнологія в медицині

У медицині біотехнологічні прийоми і методи грають головну роль при створенні нових біологічно активних речовин і лікарських препаратів, призначених для ранньої діагностики і лікування різноманітних захворювань. Антибіотики — найбільший клас фармацевтичних сполук, одержання яких здійснюється за допомогою мікробіологічного синтезу. Створено геноінженерні штами кишкової палички, дріжджів, що культивуються клітин ссавців та комах, використовувані для одержання ростового гормону, інсуліну й інтерферону людини, різноманітних ферментів і противірусних вакцин. Змінюючи нуклеотидну послідовність у генах, що кодують відповідні білки, оптимізують структуру ферментів, гормонів і антигенів (так звана білкова інженерія). Найважливішим відкриттям стала розроблена в 1975 Р. Келером і С. Мільштейном техніка використання гібридом для одержання моноклональних антитіл бажаної специфічності. Моноклональні антитіла використовують як унікальні реагенти, для діагностики і лікування різноманітних захворювань.

[ред.]Біотехнологія в сільському господарстві

Внесок біотехнології в сільськогосподарське виробництво полягає в полегшенні традиційних методів селекції рослин і тварин і розробці нових технологій, що дозволяють підвищити ефективність сільського господарства. У багатьох країнах методами генетичної і клітинної інженерії створені високопродуктивні і стійкі до шкідників, хворобам, гербіцидам сорту сільськогосподарських рослин. Розроблена техніка оздоровлення рослин від накопичених інфекцій, що особливо важливо для вегетативно що розмножуються культур (картопля й ін.). Як одна з найважливіших проблем біотехнології у усьому світі широко досліджується можливість керування процесом азотфіксації, у тому числі можливість уведення генів азотфіксації в геном корисних рослин, а також процесом фотосинтезу. Ведуться дослідження з поліпшення амінокислотного складу рослинних білків. Розробляються нові регулятори росту рослин, мікробіологічні засоби захисту рослин від хвороб і шкідників, бактеріальні добрива. Геноінженерні вакцини, сироватки, моноклональні антитіла використовують для профілактики, діагностики і терапії основних хвороб сільськогосподарських тварин. У створенні ефективніших технологій племінної справи застосовують геноінженерний гормон росту, а також техніку трансплантації і мікроманіпуляцій на ембріонах домашніх тварин. Для підвищення продуктивності тварин використовують кормовий білок, отриманий мікробіологічним синтезом.

[ред.]Біотехнологія у виробництві

Біотехнологічні процеси з використанням мікроорганізмів і ферментів уже на сучасному технічному рівні широко застосовуються у харчовій промисловості. Промислове вирощування мікроорганізмів, рослинних і тваринних клітин використовують для одержання багатьох цінних сполук — ферментів, гормонів, амінокислот, вітамінів, антибіотиків, метанолу, органічних кислот (оцтової, лимонної, молочної) і т. д. За допомогою мікроорганізмів проводять біотрансформацію одних органічних сполук в інші (наприклад, сорбіта у фруктозу). Широке застосування в різноманітних виробництвах одержали іммобілізовані ферменти. Для виділення біологічно активних речовин зі складних сумішей використовують моноклональні антитіла. А. С. Спіріним у 1985–1988 розроблені принципи безклітинного синтезу білка, коли замість клітин застосовуються спеціальні біореактори, що містять необхідний набір очищених клітинних компонентів. Цей метод дозволяє одержувати різні типи білків і може бути ефективним у виробництві. Багато промислових технологій заміняються технологіями, що використовують ферменти і мікроорганізми. Такі біотехнологічні методи переробки сільськогосподарських, промислових і побутових відходів, очищення і використання стічних вод для одержання біогазу і добрив. У ряді країн за допомогою мікроорганізмів одержують етиловий спирт, що використовують як пальне для автомобілів (у Бразилії, де паливний спирт широко застосовується, його одержують із цукрового очерету й інших рослин). На спроможності різноманітних бактерій перекладати метали в розчинні сполуки або накопичувати їх у собі заснований витяг багатьох металів із бідних руд або стічних вод.

[ред.]Див. також

Цитотехнологія
Хронологія біотехнологій

[ред.]Посилання

http://www.monsanto.kiev.ua
http://www.undpsust.kiev.ua
http://www.consumer.kiev.ua/dialog/monsanto.htm
http://home.density.com
Цитология и генетика науковий журнал (ISSN 0564-3783) друкує статті українською, російською та англійською мовами на вибір автора, перекладається на англійську мову (ISSN 0095-4527)

[ред.]Джерела

ВАК України. Паспорт спеціальності
Сасон А. Біотехнологія: Здійснення і надії: Пер. з англ. М., 1987.
Єгоров Н. С., Олескін А. В., Самуїлов В. Д. Біотехнологія: Проблеми і перспективи. М., 1987.
Bains W. Biotechnology from A to Z. Oxford, 1993.

Практичні досягнення біотехнології
За допомогою біотехнології отримано безліч продуктів для охорони здоров'я, сільського господарства, продовольчої та хімічної промисловості.
Причому важливо те, що багато хто з них не могли бути отримані без застосування біотехнологічних способів.
Особливо великі надії пов'язуються зі спробами використання мікроорганізмів і культур клітин для зменшення забруднення середовища і виробництва енергії.
У молекулярній біології використання біотехнологічних методів дозволяє визначити структуру геному, зрозуміти механізм експресії генів, змоделювати клітинні мембрани з метою вивчення їх функцій і т.д.
Конструювання потрібних генів методами генної та клітинної інженерії дозволяє керувати спадковістю і життєдіяльністю тварин, рослин і мікроорганізмів і створювати організми з новими корисними для людини властивостями, раніше не спостерігалися в природі.
Мікробіологічна промисловість в даний час використовує тисячі штамів різних мікроорганізмів. У більшості випадків вони поліпшені шляхом індукованого мутагенезу і подальшої селекції. Це дозволяє вести широкомасштабний синтез різних речовин.
Деякі білки і вторинні метаболіти можуть бути отримані тільки шляхом культивування клітин еукаріот. Рослинні клітини можуть служити джерелом ряду сполук - атропін, нікотин, алкалоїди, сапоніни та ін
У біохімії, мікробіології, цитології безсумнівний інтерес викликають методи іммобілізації як ферментів, так і цілих клітин мікроорганізмів, рослин і тварин.
У ветеринарії широко використовуються такі біотехнологічні методи, як культура клітин і зародків, овогенез in vitro, штучне запліднення.
Все це свідчить про те, що біотехнологія стане джерелом не тільки нових продуктів харчування і медичних препаратів, але і отримання енергії і нових хімічних речовин, а також організмів із заданими властивостями.

Біологізація і екологізація
В даний час все більше набувають популярності ідеї екологізації і в більш широкому сенсі біологізації всієї господарської і виробничої діяльності.
Під екологізації, як початковим етапом біологізації, можна розуміти скорочення шкідливих викидів виробництва в навколишнє середовище, створення маловідходних і безвідходних промислових комплексів із замкнутим циклом і т. п.
Біологізацію ж слід розуміти більш широко, як радикальне перетворення виробничої діяльності на основі біологічних законів біотичного кругообігу біосфери.
Метою подібного перетворення повинно бути вбудовування всієї господарсько-виробничої діяльності в біотичний кругообіг.
Особливо наочно ця необхідність видно на феномені стратегічної безпорадності хімічного захисту рослин:
Справа в тому, що в даний час немає в світі жодного пестициду, до якого б не пристосувалися шкідники рослин.
Більше того, тепер чітко виявилася закономірність подібного пристосування: якщо у 1917р. з'явився один вид комах, що пристосувалися до ДДТ, то в 1980р. таких видів стало 432.
Застосовувані пестициди і гербіциди вкрай шкідливі не тільки для всього тваринного світу, але і для людини.
Точно так само в даний час стає зрозумілою і стратегічна безперспективність застосування хімічних добрив. У цих умовах абсолютно природний перехід до біологічного захисту рослин та біоорганічної технології з мінімумом хімічних добрив.
Вирішальну роль у процесі біологізації сільського господарства може зіграти біотехнологія.
Можна й потрібно говорити про біологізації техніки, промислового виробництва та енергетики.
Активно розвивається біоенергетика обіцяє революційні перетворення, оскільки вона орієнтована на поновлювані джерела енергії та сировини.
Перспективи розвитку біотехнології
Центральна проблема біотехнології - інтенсифікація біопроцесів як за рахунок підвищення потенціалу біологічних агентів і їх систем, так і за рахунок удосконалення обладнання, застосування біокаталізаторів (іммобілізованих ферментів і клітин) у промисловості, аналітичної хімії, медицині.
В основі промислового використання досягнень біології лежить техніка створення рекомбінантних молекул ДНК.
Конструювання потрібних генів дозволяє керувати спадковістю і життєдіяльністю тварин, рослин і мікроорганізмів і створювати організми з новими властивостями.
Зокрема, можливе управління процесом фіксації атмосферного азоту і перенесення відповідних генів із клітин мікроорганізмів в геном рослинної клітини.
В якості джерел сировини для біотехнології все більшого значення набуватимуть відтворювані ресурси не харчових рослинних матеріалів, відходів сільського господарства, які служать додатковим джерелом як кормових речовин, так і вторинного палива (біогазу) і органічних добрив.
Однією з бурхливо розвиваються галузей біотехнології вважається технологія мікробного синтезу цінних для людини речовин. За прогнозами, подальший розвиток цієї галузі спричинить за собою перерозподіл ролей у формуванні продовольчої бази людства рослинництва і тваринництва з одного боку, і мікробного синтезу - з іншого.
Не менш важливим аспектом сучасної мікробіологічної технології є вивчення участі мікроорганізмів в біосферних процесах і спрямована регуляція їх життєдіяльності з метою вирішення проблеми охорони навколишнього середовища від техногенних, сільськогосподарських і побутових забруднень.
З цією проблемою тісно пов'язані дослідження з виявлення ролі мікроорганізмів у родючості грунтів (гумусообразованія і поповнення запасів біологічного азоту), боротьбі зі шкідниками та хворобами сільськогосподарських культур, утилізації пестицидів та інших хімічних сполук у грунті.
Наявні в цій галузі знання свідчать про те, що зміна стратегії господарської діяльності людини від хімізації до біологізації землеробства виправдовується як з економічної, так і з екологічної точок зору.
У даному напрямку перед біотехнологією може бути поставлена мета регенерації ландшафтів.
Ведуться роботи по створенню біополімерів, які будуть здатні замінити сучасні пластмаси. Ці біополімери мають істотну перевагу перед традиційними матеріалами, так як нетоксичні і схильні до біодеградації, тобто легко розкладаються після їх використання, не забруднюючи навколишнє середовище.
Біотехнології, засновані на досягненнях мікробіології, найбільш економічно ефективні при комплексному їх застосуванні і створенні безвідходних виробництв, що не порушують екологічної рівноваги.

Їх розвиток дозволить замінити багато величезні заводи хімічної промисловості екологічно чистими компактними виробництвами.
Важливим і перспективним напрямком біотехнології є розробка способів одержання екологічно чистої енергії.
Отримання біогазу і етанолу були розглянуті вище, але є і принципово нові експериментальні підходи в цьому напрямку.
Одним з них є отримання фотоводорода:
«Якщо з хлоропластів виділити мембрани, що містять фотосистему 2, то на світлі відбувається фотоліз води - розкладання її на кисень і водень. Моделювання процесівфотосинтезу, що відбуваються в хлоропластах, дозволило б запасати енергію Сонця у коштовному паливі - водні ».
Переваги такого способу отримання енергії очевидні:
· Наявність надлишку субстрату, води;
· Нелімітіруемий джерело енергії - Сонце;
· Продукт (водень) можна зберігати, не забруднюючи атмосферу;
· Водень має високу теплотворну здатність (29 ккал / г) в порівнянні з вуглеводнями (3.5 ккал / г);
· Процес йде при нормальній температурі без утворення токсичних проміжних продуктів;
· Процес циклічний, тому що при споживанні водню регенерується субстрат - вода.

Сьогодні біотехнологія стрімко висувається на передній край науково-технічного прогресу. Цьому сприяють дві обставини. З одного боку бурхливий розвиток сучасної молекулярної біології і генетики, які спираються на досягненнях хімії і фізики, дозволив використовувати потенціал живих організмів в інтересах господарської діяльності людини. З другого боку ми спостерігаємо гостру критичну потребу в нових технологіях, призваних ліквідувати недостачу продовольства, енергії, мінеральних ресурсів, покращити стан охорони здоров’я та охорони навколишнього середовища. Як наука біотехнологія молода, розвиток її стрімкий. Потік інформації, який торкається біотехнологічних проблем, суперечливий або доступний лише вузькому колу спеціалістів. Ще не закріпились правові та етичні норми, зв’язані з біотехнологією.

Сьогоднішні досягнення в розвитку біотехнології порівняно скромні з її грандіозними перспективами на майбутнє. Але й те, що вона встигла зробити має величезне значення. Біотехнологія, що розвивається носить не якісний, а кількісний характер порівняно з природними процесами. Вчені працюють над проблемою надати злаковим та іншим культурам якість поглинати азот із повітря, а такими якостями азотофікації наділені зернобобові рослини. Ставиться задача широкого обміну генів між різними організмами за допомогою переносу генів і злиття клітин. Вдалось покращити існуючі рослини, надати їм нові якості.

Однак, ще в липні 1974 року одинадцять видатних американських спеціалістів з молекулярної біології і генної інженерії (в тому числі лауреат Нобелівської премії Джеймс Уотсон) звернулися до вчених всього світу із закликом тимчасово зупинити досліди деяких біотехнологій, щоб всебічно оцінити і вивчити їх можливі негативні наслідки. Подібна ситуація вже мала місце в історії науки, коли в 1940 році спеціалісти з ядерної фізики з різних країн по спільній умові перестали публікувати свої данні, щоб фашистська Германія не змогла використати їх для створення атомної бомби. Правда, тоді розмова йшла тільки про заборону публікації, а зараз – про відмову від самих експериментів. Чим же було визване звернення одинадцяти видатних вчених?

В дослідах часто використовується кишкова паличка. В наш час це безпечна бактерія. Але вчені перетворюють її в новий мікроорганізм, який може стати небезпечним для людини. Розмножується кишкова паличка дуже швидко(одна клітина за 15 год дає 10 млрд. нащадків), вона широко розповсюджується в навколишньому середовищі. Легко передається від однієї людини до другої через воду, харчі. Якщо хоч одна кишкова паличка, яна володіє новими властивостями випадково з’явиться за межами лабораторії, яка її утворила, станеться страшна епідемія, зупинити яку медицина буде не в силі. Проти мікробу, який виготовлено в пробірці, у нас немає ні природних методів захисту, ні лікарських препаратів. Цей мікроб наділений синтетичними плазмідами, які придають стійкість до різного роду антибіотиків. Ці плазміди легко можуть перейти від однієї кишкової палички до інших – хвороботворних бактерій. Серйозні побоювання визиває і та обставина, що в деякі плазміди була включена ДНКвірусів, які мають властивості пухлинотворних. Важко навіть уявити собі, що буде коли бактерія, штучно виготовлена, для розщеплення нафти випадково з’явиться у нафтопроводі або мактерія, яка з’їдає вуглеводи, випадково попаде в організм людини. У зверненні вчених говорилось:”…не виключено, що нові елементи ДНК, які введено в кишкові палични, отримають широке використання тварин, рослин, бактерій і людей, але наслідки цього непередбачені.”

Категорично заборонено проводити досліди по введенню в плазмади кишкової палички генів від бактерії яка являється носієм смертельного яду – бутолотоксину, томущо вони ведуть до створення бактеріальної зброї і можуть бути використані у військових цілях.

Визначне місце в біотехнології займає генна інженарія – технологія перетрорення живих організмів зміною генетичного апарату клітини. Генна інженарія – це новий спосіб управління спадковості живих організмів. Методами геннної інженерії створено більш 50 біологічно активних речовин. Серед них інсулін, гормон росту, ентерферони, мієлопептиди, ферменти. Практично єдиним є генноінженерний шлях утворення вакцин які неможливо або технологічно важко отримати. Таким способом були утворені вакцини для боротьби з вірусами гепатита А і Б, герпеса, ящура, віруса грипу, везикулярного стоматиту. За допомогою генної інженерії зараз вирощені рослини з такими властивостями як несприйняття до паразитів, як морозо- і засухостійкість, підвищний вміст незамінних амінокислот в їх білках. Зараз обговорюються можливості створення водоростей, які будуть опріснювати морську воду, виведення спеціальних мікроорганізмів для очищення стічних вод. Збільшення продуктивності домашніх тварин, збільшення жирності молока у корів, підвищення якості шерсті або пуху у овець, кіз, кроликів, виведення порід, які будуть мати різнобічну продуктивність, теж може бути досягнуто при застосуванні нових біотехнологій.