Биотехнологии – это комплекс современных наук и технологий, таких как генная инженерия и терапия, методы использования клеточных культур, клонирование живых организмов и другие достижения молекулярной и клеточной биологии, которые направлены на получения тех или иных продуктов при помощи живых организмов и их компонентов – генов, ферментов, белков и т.д.
Веками люди стремились проникнуть в тайны биологических систем, поставить их скрытую энергию на службу себе и улучшить, таким образом, свою жизнь и окружающий мир. Некоторые утверждают, что биотехнология возникла тысячи лет назад, когда впервые были выведены растения с определенными свойствами, а микроорганизмы использованы для варки пива. Другие определяют начало биотехнологии как появление методов, позволяющих исследователям точно манипулировать генами и передавать их от одного организма к другому. Наступление этой эры отмечено открытием структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в 1950-е годы. Гены состоят из ДНК и выражаются в белках, которые участвуют в химических реакциях и образуют структуры, придающие нам определенные черты. В 1970-е ученые открыли и использовали силу природных "ножниц" - белков, называемых ферментами рестрикции, - для удаления определенного гена из одного типа организма и помещения его в родственные или не связанные с ним организмы. Так родилась технология рекомбинантных ДНК, которую большинство экспертов сейчас именует современной биотехнологией.
Фундаментальное медицинское приложение биотехнологии - открытие лекарств. Начиная с древних времен, люди находили лекарства в природе методом проб и ошибок. Сейчас геномика и параллельная ей область, которая изучает белки - протеомика - позволяют нам открывать лекарства более целенаправленно. Автоматизация проб биохимического связывания в малых чипах, называемых микроматрицами, позволяет ученым за очень короткое время сортировать тысячи химических соединений по их эффективности против белков, вызывающих заболевания. Этот высокопроизводительный отбор был бы невозможен без многолетних серьезных инвестиций в фундаментальные исследования по биотехнологии.
Анализируя микроматрицы, можно быстро измерить активность тысяч генов. Многие исследователи используют этот инструмент для определения ранней генной активности, когда люди инфицируются патогенами. В будущем будут разработаны быстрые нехирургические проверки, особенно важные при инфекциях, когда необходимо немедленное лечение, чтобы сократить их распространение и спасти жизнь людям, в том числе при инфекциях вследствие биологических терактов. Разрабатываются нанодатчики из частиц, которые примерно в 50 000 раз меньше диаметра человеческого волоса, для определения белковой и генной экспрессии в отдельных клетках организма, что позволяет оценивать здоровье клеток на ранних стадиях заболевания. Правительство США тратит миллионы долларов на нанодатчики, которые можно помещать в кровь астронавтов для постоянного мониторинга их подверженности воздействию космической радиации.
Еще одно перспективное направление - генная терапия, при которой гены вводятся в заболевшие органы или ткани организма для преодоления метаболического дефицита или иного заболевания. Применение вирусов для доставки генов оказалось рискованным для здоровья людей, так что опыты с этими вирусами спорны. Соединение нанотехнологии с биотехнологией обеспечит более безопасные методы доставки генов, не основанные на вирусах. Химически синтезированные наночастицы, несущие гены или препараты непосредственно в пораженные клетки, в настоящее время испытываются на животных.
Биотехнология также играет важную роль в профилактике заболеваний. Вакцины, полученные методами рекомбинантных ДНК, обычно безопаснее традиционных вакцин, поскольку они содержат изолированные вирусные или бактериальные белки, а не убитые или ослабленные болезнетворные агенты. Однако многим жителям развивающихся стран недоступны вообще никакие вакцины, не говоря уже о полученных с помощью биотехнологии. В настоящее время большинство вакцин требует хранения при низких температурах и профессионального инъекционного введения. Поэтому исследователи работают над генетически модифицированными растениями для приема вакцин с пищей. Стоимость перорально вводимой вакцины растительного происхождения против гепатита В, по оценке, составляет одну шестую стоимости применяемых сейчас вакцин от гепатита В. Достаточное количество антигена для иммунизации всех грудных детей в мире каждый год можно вырастить приблизительно на 80 гектарах земли. Однако, как и в случае с Bt-культурами, возникают опасения и в связи с фармацевтическими культурами, поскольку возможно их перекрестное опыление с продовольственными культурами в поле. Особенно важно создать режимы биологической безопасности, при которых либо используются культуры, у которых нет перекрестного опыления (например, мужские стерильные), либо фармацевтические культуры изолируются (например, в парниках).
Химические технологии, технологии пищевой промышленности, электроника и информатика и все остальные достижения цивилизации в большей или меньшей степени необходимы для исследований в области биотехнологии и их практического применения. Открытия в области биотехнологий коснутся не только медицины, сельского хозяйства и других отраслей, научной основой которых традиционно является биология, но и энергетику, металлургию, электронику, и многие другие отрасли человеческой деятельности. В этом разделе Вы сможете подробнее познакомиться с историей открытия и методиками клонирования, использованием стволовых клеток в практической медицине, технологиями клеточной и генной терапии, трансгенных организмах, иммунотехнологиями.
Для понимания сути этих технологий в Глоссарии приводится краткое толкование некоторых терминов, используемых в данном разделе.
Биотехнологии>
