биотехнология

БИОТЕХНОЛОГИЯ

совокупность пром. методов, использующих живые организмы и биол. процессы для производства разл. продуктов. Некоторые биотехнол. процессы, относящиеся гл. обр. к производству пищи, были известны в древние времена: хлебопечение, приготовление вина, пива, уксуса, сыра и молочнокислых продуктов, способы обработки кожи, растит. волокон и др. Научные основы Б. были созданы благодаря работам Л. Пастера (1872–76), положившим начало микробиологии, а также в результате изучения обмена веществ, ферментов и др. Пищ. промышленность издавна обособилась, хотя ее состояние зависит от прогресса биол. наук и в широком смысле она тоже относится к Б.

Биопромышленность производит кормовые и пищ. белки, пептиды, аминокислоты, ферменты, витамины, антибиотики, этанол, орг. кислоты (лимонную, изолимонную, уксусную и др.), регуляторы роста растений, прир. пестициды, лечебные и иммунные препараты для человека и животных. Биол. процессы имеют существенные достоинства: они используют возобновляемое сырье, происходят в мягких условиях, с меньшим числом этапов, их отходы доступны переработке. Применение биотехнологических процессов особенно выгодно экономически и технологически при производстве относительно дорогих малотоннажных продуктов.

Подавляющее большинство продуктов биопромышленности получают ферментацией с помощью — микроорганизмов (гл. обр. бактерий и грибов). Микроорганизмы очень разнообразны по строению и физиол. свойствам, некоторые выдерживают температуру до 90–110 °C, а при повышенном давлении — даже 250 °C; они переносят высокую кислотность, а также большие концентрации солей и, что очень существенно, быстро размножаются (некоторые делятся каждые 8–10 мин). Хотя ферментация осуществляется живыми клетками, она основана, в конечном счете, на биохим. превращениях исходного субстрата под действием биол. катализаторов — ферментов. Последние, в свою очередь, являются одним из продуктов микробиол. производства (некоторые выделяют из прир. сырья). Ферменты используются в биохим. производстве, несмотря на их высокую стоимость. Нашли применение амилаза и протеазы, глюкозоизомераза, пектина за и некоторые другие. Ферменты при температурах не выше 60–70 °C и нормальном атмосферном давлении обладают высокой субстратной специфичностью. Их применяют в пищевой, текстильной, кожевенной промышленности, при производстве кормов, в тонком орг. синтезе (в частности, антибиотиков) и др. См. также микробиологический синтез.

Переворот в пром. применении ферментов произвела их иммобилизация, т. е. физ. или хим. соединение фермента с твердым носителем (керамика, стекло, полимерные гели, синтетич. полимеры). При этом сохраняются каталитич. свойства фермента, увеличивается его стабильность и устраняются трудности его отделения от непрореагировавшего субстрата и продукта. Иммобилизованные ферменты используют при получении левовращающих аминокислот, 6-аминопенициллановой кислоты (исходное вещество при производстве полусинтетич. пенициллиновых антибиотиков) и др. Все более широкое распространение получает иммобилизация микроорганизмов.

Новые направления физ.-хим. биологии значительно расширили возможности Б. Прежде всего это относится к генетич. инженерии, т. е. к использованию клеток, гл. обр. микроорганизмов, генетич. программа которых целенаправленно изменена введением в них молекул ДНК, созданных в лаборатории и кодирующих синтез нужного продукта. Таким путем можно получить значит. количество относительно дешевого конечного продукта, мало доступного при использовании др. методов производства. Это обстоятельство, а также возможность сочетания разл. фрагментов ДНК, в принципе позволяющая создавать необходимые генетич. программы, открыли необычайно широкие перспективы (см. также генетическая инженерия).

Второе направление развития Б. связано с клеточной инженерией. Культура растит. клеток может служить прежде всего источником свойственных данному растению вторичных продуктов, напр. антиаритмич. алкалоида аймалина из раувольфии змеиной. Пользуясь способностью клеток растений превращаться на спец. средах в сформированное растение, клеточные культуры применяют для получения безвирусных растений, пытаются проводить селекцию форм с нужными свойствами. Животные клетки более требовательны к условиям культивирования, им необходимы дорогостоящие среды. Все более широкое применение находят т. наз. гибридомы, полученные в лаборатории путем слияния двух различных клеток и служащие источником белков, необходимых для диагностики и лечения болезней человека, животных и растений.

Прикладную генетич. и клеточную инженерию нередко объединяют названием "новая Б.", их появление укрепило уверенность в том, что Б. со временем может стать основой крупного пром. производства.

^{Лит.: Биотехнология, под ред. А. А. Баева, М., 1984.}

_{А. А. Баев}