В чем заключается взаимосвязь биотехнологии с другими науками

Биотехнология и ее связь с другими науками.

В настоящий момент вряд ли у кого-нибудь может возникнуть сомнение в том, что

современная биология представляет собой наиболее разнообразную область

естественных наук. Действительно, она включает казалось бы совершенно не связанные

между собой разделы научных знаний: микробиологию, анатомию растений и животных,

биохимию, иммунологию, клеточную биологию, физиологию растений и животных,

различные систематики, экологию, генетику, биофизику, математику и много других

областей естествознания. Постоянно увеличивающееся разнообразие современной

биологии началось после окончания второй мировой войны, когда в биологию

внедрились другие естественнонаучные дисциплины, такие как физика, химия и

математика, которые сделали возможным описание жизненных процессов на новом

качественном уровне – на уровне клетки и молекулярных взаимодействий. Именно

существенные успехи в фундаментальных исследованиях в области биохимии,

молекулярной генетики и молекулярной биологии, достигнутые во второй половине

текущего столетия, создали реальные предпосылки управления различными (пусть,

возможно и не самыми главными) механизмами жизнедеятельности клетки.

Сложившаяся благоприятная ситуация в биологии явилась мощным толчком в развитии

современной биотехнологии, весьма важной области практического приложения

результатов фундаментальных наук. Можно с уверенностью утверждать, что

биотехнология является наиболее разительным примером того, как результаты, казалось

бы «чистой науки», находят применение в практической деятельности человека. Основой,

обеспечивающей благоприятную ситуацию для бурного развития биотехнологии, явились

революционизирующие открытия и разработки: • доказательства роли нуклеиновых

кислот в хранении и передаче наследственной информации в биологических системах

(имеются в виду индивидуальные клетки и отдельные организмы, а не их популяции); •

расшифровка универсального для всех живых организмов генетического кода; •

раскрытие механизмов регуляции функционирования генов в процессе жизни одного

поколения организмов; • совершенствование существовавших и разработка новых

технологий культивирования микроорганизмов, клеток растений и животных; • как

логическое следствие из вышесказанного, явилось создание (возникновение) и бурное

развитие методов генетической и клеточной инженерии, с помощью которых

искусственно создаются новые высокопродуктивные формы организмов, пригодные для

использования в промышленных масштабах. Абсолютно новым направлением является

так называемая инженерная энзимология, возникшая вследствие развития современных

методов изучения структуры и синтеза белков-ферментов и выяснения механизмов

функционирования и регуляции активности этих соединений (важных элементов клетки).

Достижения в этой области позволяют направленно модифицировать белки различной

сложности и специфичности функционирования, разрабатывать создание мощных

катализаторов промышленно ценных реакций с помощью высоко стабилизированных

иммобилизованных ферментов. Все эти достижения вывели биотехнологию на новый

уровень ее развития, позволяющий сознательно и целенаправленно управлять сложными

клеточными процессами. Данная новая область биологических знаний и ее последние

достижения уже стали крайне важными для

Рекомбинантная ДНК

Рекомбинантная ДНК – гибридная молекула ДНК, содержащая искусственно введенный

Метод рекомбинантных ДНК для многих специалистов является краеугольным камнем

здания биотехнологии. Создание рекомбинантной ДНК буквально означает объединение

(рекомбинирование) двух отрезков ДНК разных видов.

Люди начали избирательно комбинировать генетический материал одомашненных

растений и животных одного вида (или, реже, близкородственных видов) уже тысячи лет

назад. Для этого они производили отбор особей, обладающих полезными качествами и

пригодных для выведения потомства. С помощью скрещивания таких наиболее ценных

особей и и отбора (селекции) для дальнейшего размножения лучших из их потомков

человек изменил изначальный набор генетического материала одомашненных животных

и растений. В настоящее время к методу селективного скрещивания добавился метод

комбинирования генов на молекулярном уровне с помощью точнейших методов генной

Независимо от того, каким методом она достигается, принцип генетической

модификации остается неизменным, однако существует принципиальное различие:

– при селективном скрещивании происходит перенос больших наборов неизвестных

генов между родственными организмами;

– в отличие от этого, генная инженерия позволяет перемещать единичные гены,

обладающие известными функциями, из одного организма в любой другой, например, от

животных к растениям или от микроорганизмов к животным.

Чем более точными становятся проделываемые нами операции и более предсказуемыми

получаемые результаты, тем сильнее снижается риск появления организмов с

неожиданными и нежелательными характеристиками. Кроме того, при этом отпадает

необходимость в трудоемком и длительном методе проб и ошибок, используемом

традиционной селекцией. Постепенное увеличение спектра живых оргазмов – источников

полезных генов – со временем позволит нам использовать весь потенциал природного

Дата добавления: 2018-02-18 ; просмотров: 1936 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Связь биотехнологии с другими науками

Первое место в мире по выпуску биотехнологической продукции занимаетСША, которая ежегодно выделяет 3 млрд. долларов на поддержкуфундаментальных исследований в области медицины, из которых 2,5 млрд.долларов относится к области биотехнологии. Второй страной по выпускубиотехнологической продукции является Япония, третье место заИзраилем.

Современная биотехнология – это наука, которая на практике используетдостижения современных фундаментальных наук, таких как:

1. молекулярная биология

2. молекулярная генетика

3. биоорганическая химия.

Рис. 1. Связь биотехнологии с другими науками (по В.И.Кефели, 1989).

В молекулярной биологии использование биотехнологических методов позволяет определить структуру генома, понять механизм экспрессии генов, смоделировать клеточные мембраны с целью изучения их функций и т.д. Конструирование нужных генов методами генной и клеточной инженерии позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми полезными для человека свойствами, ранее не наблюдавшимися в природе.

Микробиологическая промышленность в настоящее время использует тысячи штаммов различных микроорганизмов. В большинстве случаев они улучшены путем индуцированного мутагенеза и последующей селекции. Это позволяет вести широкомасштабный синтез различных веществ.

Созданы перевиваемые культуры клеток животных, продуцирующие моноклональные антитела, широко применяемые для диагностики заболеваний. В биохимии, микробиологии, цитологии несомненный интерес вызывают методы иммобилизации как ферментов, так и целых клеток микроорганизмов, растений и животных. В ветеринарии широко используются такие биотехнологические методы, как культура клеток и зародышей, овогенез in vitro, искусственное оплодотворение. Все это свидетельствует о том, что биотехнология станет источником не только новых продуктов питания и медицинских препаратов, но и получения энергии и новых химических веществ, а также организмов с заданными свойствами.

История развития биотехнологии (даты, события)

— произведен в промышленном масштабе пенициллин;

— показано, что генетический материал представляет собой ДНК;

— осуществлён синтез ДНК;

— синтезированы фрагменты нуклеиновых кислот;

— разрешена к применению в Европе первая вакцина для животных, полученная по технологии рекомбинантных ДНК;

Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 2631 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник

Связь биотехнологии с другими науками

Как уже отмечалось выше, биотехнология возникла на стыке многих наук. Для данной науки свойственна трансдисциплинарность. Фундамент биотехнологии составили такие науки, как микробиология, вирусология, физиология, биохимия, генетика, селекция, цитология, молекулярная биология, генетическая инженерия, клеточная инженерия, энзимология, иммунология, биофизика, экология, медицина, сельскохозяйственные науки, химия, физика, математика, кибернетика и др.

На настоящем этапе именно микробиологические процессы в наибольшей степени развиты до уровня промышленного использования. Это, прежде всего, крупнотоннажное производство микробной биомассы, антибиотиков и других лекарственных веществ, аминокислот.

Первое состоит в искусственном конструировании молекул ДНК, несущих всю генетическую информацию о данном организме, т.е. заключающих в себе всю программу его роста и развития. Таким образом, можно направленно влиять на наследственность и получать новые виды с необходимыми свойствами.

Таким образом, генетическая инженерия включает выделение из клеток отдельных генов или синтез генов вне клеток, направленную перестройку, копирование и размножение выделенных или синтезированных генов, а также их перенос и включение в подлежащий изменению геном и таким путем можно добиться включения в клетки бактерий «чужых» генов и синтеза бактериями важных для человека соединений.

Развитие генетической инженерии стало возможным благодаря открытию двух ферментов: рестриктаз, разрезающих молекулу ДНК в строго определенных участках и лигаз, сшивающих определенные участки различных молекул ДНК друг с другом. Кроме того, в основе генетической инженерии лежит открытие векторов, которые представляют собой короткие, самостоятельно размножающиеся в клетках бактерий кольцевые молекулы ДНК. С помощью рестриктаз и лигаз в векторы встраивают необходимый ген, добиваясь в последствии его включения в геном клетки-хозяина.

Различают следующие виды генетической инженерии:

Таким образом, клеточная инженерия позволяет конструировать клетки нового типа, комбинировать отдельные фрагменты клеток (ядра, митохондрии, пластиды, цитоплазму и хромосомы и т.п.), соединять клетки различных видов, относящиеся не только к разным родам, семействам, но и царствам.

Клеточная инженерия широко используется в селекции растений. Выделены гибриды томата и картофеля, яблони и вишни. Регенерированные из таких клеток растения с измененной наследственностью позволяют синтезировать новые формы, сорта, обладающие новыми свойствами и устойчивые к неблагоприятным условиям среды и болезням. Этот метод широко используется и для «спасения» ценных сортов, пораженных вирусными болезнями.

Источник

Связь биотехнологии с другими науками

Биотехнология как наука возникла на стыке биологических, химических и технических наук. Биотехнологические методы включают микробиологический синтез, генную инженерию, клеточную и белковую инженерию, инженерную энзимологию, культивирование клеток микроорганизмов, растений и животных, методы слияния клеток. Значительные успехи, достигнутые во второй половине ХХ века в фундаментальных исследованиях в области биохимии, молекулярной биологии, генетики, явились мощным импульсом для развития биотехнологии.

Биотехнологический процесс включает ряд этапов:

— выделение целевого продукта;

Многоэтапность процесса обуславливает необходимость привлечения к его осуществлению самых различных специалистов.

— физиология растений; (регенерация, гормоны, культуры клеток и тканей)

— генетика и селекция; (андрогенез и мутагенез)

— микробиология; (синтез ак, азотфиксаторы, векторы)

— медицина и ветеринария

— иммобилизованные кл и ферменты;

— молекулярная биология; (структура генома, экспрессия генома)

Использование методов молекулярной биологии дает возможность определить структуру генома, понять механизм экспрессии генов, смоделировать клеточные мембраны с целью изучения их функций и т.д. Конструирование нужных генов методами генной и клеточной инженерии позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми полезными свойствами. Микробиологическая промышленность в настоящее время использует тысячи штаммов различных микроорганизмов.Биотехнология стала источником не только новых продуктов питания и медицинских препаратов, но и получения биоэнергии и новых химических веществ, а также организмов с заданными свойствам.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Источник

Биотехнология. Краткие исторические сведения и взаимосвязь с другими науками

Европейская федерация биотехнологии (ЕФБ) рассматривает биотехнологию «как интеграцию наук о природе организмов, клеток или их частей и молекулярных аналогов для производства и обслуживания». Данное определение применимо к «старой», традиционной, и к «новой», современной биотехнологии.

Венгерский инженер К. Эреки (1865-1933), впервые предложил термин «биотехнология», и определяет ее как: «. все виды работ, при которых те или иные продукты производятся из сырьевых материалов с помощью живых организмов».

Краткая история развития прикладной биотехнологии

8000 до н.э. Появились первые культурные растения и

домашние животные. Впервые начали культивировать картофель для употребления в пищу

сои использовали для лечения ожогов

1835- 1855 М. Шлейден и Т. Шванн предположили, что все

организмы состоят из клеток. Р. Вирхов: «каждая клетка происходит от клетки»

1857 Л. Пастер предположил, что ферментацию

1859 Ч. Дарвин опубликовал свою теорию эволюции и

1865 Г. Мендель открыл закон наследственности и

положил начало генетике

сотни новых сортов хлопчатника лучшего качества. Получены первые гибриды кукурузы. Для повышения урожайности фермеры впервые стали вносить на поля фиксирующие азот бактерии

1917 К. Эреки предложил термин биотехнология.

Впервые это слово появилось в печати в 1919 г.

1928 А. Флеминг открыл первый антибиотик —

Ф. Лайбах впервые использовал метод выделения эмбрионов для получения гибридов (процесс гибридизации).

Российский биолог Г.Д. Карпеченко скрестил редис и капусту и впервые получил фертильное потомство от растений разных родов

1930 Конгресс США одобрил закон о патентировании

продуктов селекции растений

образованные клетками мыши и человека

1972 Ученый из США П. Карлсон получил первый

межвидовой гибрид при слиянии протопластов, полученных из клеток разных видов табака

1978 Фирма «Генентех» произвела человеческий

модифицированное (ГМ) растение (табак)

1986 С применением генетической инженерии

получена первая вакцина для человека (против гепатита В)

1988 В США выдан патент на получение трансгенных

мышей, чувствительных к раку

1990 Получен и зарегистрирован в Великобритании

первый продукт питания из генетически модифицированного организма

выращивают около 5,5 млн фермеров на общей площади 52,6 млн га в 13 странах

2004 Г енетически модифицированные

сельскохозяйственные культуры выращивают более 8 млн фермеров на общей площади 82 млн га в 17 странах

Краткая история развития молекулярной биотехнологии

возбудителей прионных инфекций животных и человека

Биотехнологические процессы вначале проводили при нестерильных условиях. Этанол, уксусную кислоту, бутанол и ацетон производили в конце 19 в. путем открытых ферментативных процессов. Примером таких процессов может служить обработка сточных вод, которую во всем мире проводят с помощью микроорганизмов. Затем биотехнологические процессы стали проводить в стерильных условиях. В 1940-х г. была предложена сложная технология культивирования бактерий в условиях, исключающих попадание посторонней микрофлоры. В качестве примеров можно привести производство антибиотиков, аминокислот, стероидов, полисахаридов, а в последующем культивирование in vitro клеток животных и репродукцию вирусов для производства вакцин, а также получение МАт.

Исторически биотехнология была скорее искусством, чем наукой. Примером этому могут служить производство вин, пива, сыров и т.д., где техника производства была хорошо отработана, но молекулярные механизмы не были понятны. В результате огромных достижений в микробиологии, биохимии, генетике и других науках эти процессы становились более понятными и постоянно совершенствовались. Научные основы биотехнологии появились благодаря работам её основателя Л. Пастера.

Основные успехи биотехнологии достигнуты за последние 40 лет. Это начало пути и следует ожидать, что использование биотехнологических процессов внесет свой вклад в разработку новых подходов к решению таких проблем, как загрязнение окружающей среды, нехватка продовольствия, регулирование репродукции и сохранение животного мира, повышение эффективности здравоохранения, поиск новых источников энергии и т. д.

Дать исчерпывающее определение биотехнологии очень сложно, так как она тесно связана с другими разделами науки и техники. Она базируется на многих науках, включая молекулярную биологию, генетику и генетическую инженерию, биохимию и микробиологию, физическую химию и электрохимию, химическую технологию и др.

Биотехнология не есть что-то новое, а представляет собой совершенствование и внедрение серии технологий, пришедших к нам из глубины веков, когда люди начали неосознанно использовать микроорганизмы для получения продуктов питания и напитков, например хлеба, сыра, пива, и модифицировать в желаемом направлении растения и животных путем длительной селекции.

Характерной чертой развития науки и технологии за последние десятилетия является увеличение мультидисциплинарной стратегии в решении различных проблем. Это привело к появлению новых междисциплинарных областей науки с выделением новых дисциплин, имеющих характерные концепции и методологии. Биофизика и биохимия являются двумя характерными примерами дисциплин, которые внесли много в наше понимание физических процессов и биохимических основ биологических систем.

Рис. 1. Взаимосвязь биотехнологии и других наук

Биотехнолог может использовать методы химии, микробиологии, биохимии, химической инженерии, информатики и т.д. Главными целями будут нововведения, разработка и оптимальная работа процессов, в которых биохимический катализ играет фундаментальную и незаменимую роль. Для успешной работы биотехнологии должны добиться тесного сотрудничества со специалистами других родственных областей, таких как медицина, пищевая промышленность, фарминдустрия и химическая индустрия, экология и др.

Таким образом, биотехнологию можно рассматривать как набор всевозможных технологий, которые могут найти применение во многих отраслях народного хозяйства. Она включается в поиск принципиально новых технологий, которые должны сыграть основную роль в будущем.

Новая биотехнологическая революция началась в середине 1970-х и в начале 80-х гг., когда ученые научились точно изменять генетическую конституцию живых организмов благодаря использованию генетической инженерии (технология рекомбинантных молекул ДНК). В дальнейшем она затронула практически все важ- нейшие направления биотехнологии и в будущем позволит совершить переворот в медицине, сельском хозяйстве и других сферах деятельности человека, в частности, в тех отраслях, где традиционные методы были бессильны. Некоторые из наиболее выдающихся достижений будут использованы в терапии генов для лечения ранее неизлечимых болезней, в производстве лекарственных средств и экологически чистых продуктов, безопасных пестицидов, в разработке новейших технологий охраны окружающей среды и в поиске новых источников энергии.

Развитие биотехнологии неразрывно связано с успехами

биоинженерии, включающей создание аппаратуры для проведения биопроцессов и средств их контроля, внедрением компьютерной техники и осуществлением постоянной глобальной коммуникации между

разработчиками новых технологий. Будущие успехи биотехнологии связывают с нанобиотехнологией, с целенаправленным созданием новых молекул ферментов (белковая инженерия) и с использованием различных биополимерных структур в электронных устройствах (биоэлектроника). Главная причина успехов биотехнологии кроется в огромных достижениях и быстром прогрессе молекулярной биологии, в частности в разработке клеточной и генетической инженерии.

В Казахстане основателем молекулярной биологии и биотехнологии был академик Мурат Абенович Айтхожин. Он одним из первых в мировой науке провёл сравнительное изучение белоксинтезирующего аппарата у высших организмов, занимался поиском и изучением физико-химических свойств информосом в растительных клетках. В 1983 году М.А.Айтхожин организовал Институт молекулярной биологии и биохимии Академии наук КазССР.

Источник