СОДЕРЖАНИЕ Введение Первобытная биотехнология - основа цивилизации Успехи "домолекулярной" биотехнологии Микроорганизмы - продуценты веществ и энергии Некоторые сведения из молекулярной биологии Принципы и методы генетической инженерии Инженерия клеток Биотехнология синтеза белков человека Перенос генов в клетки животных и растений Заключение Литература [показать] Основные направления экономического и социального развития СССР на 1986-1990 годы и на период до 2000 года. - М.: Политиздат, 1986. Биология развития и управление наследственностью / Отв. редактор член-корреспондент АН СССР В. А. Струнников. - М.: Наука, 1986. Биотехнология / Под ред. академика А. А. Баева. - М.; Наука, 1984. Биотехнология. Подписной теоретический и научно-практический журнал Министерства медицинской и микробиологической промышленности СССР. Выходит с 1985 г. Беккер М. Е. Введение в биотехнологию. - М.: Пищевая промышленность, 1978. Вепринцев Б.Н., Ротт Н.Н. Проблема сохранения генофонда. - М.: Знание (серия "Биология"), 1985. Березин Й. В., Яцимирский А. К. Биотехнология и ее перспективы, - М.: Знание (серия "Биология"), 1986. ДубиниЙ Н. П. Очерки о генетике. - М.: Советская Россия, 1985. Достижения биологии - Продовольственной программе, - М.: Знание (серий "Биология"), 1984. Пехов А. П. Биология и научно-технический прогресс. - М.: Знание (серия "Биология"), 1984, Промышленная микробиология и успехи генетической инженерии. - М.: Мир, 1984. Тривен М. Иммобилизованные ферменты. - М.: Мир, 1983.

В брошюре рассказывается о научных предпосылках биотехнологии - успехах в изучении биологии клетки, строения и функций генетического аппарата и о путях использования этих теоретических знаний в решении практических задач, важных для сельского хозяйства, биологической промышленности и медицины. Рассматриваются основные направления современной биотехнологии, ее близкие и далекие перспективы. НЕЙФАХ Александр Александрович - доктор биологических наук, главный научный сотрудник Института биологии развития АН СССР. Автор открытия периодичности морфогенетической функции ядер (1962 г.) и более 150 научных работ и 5 книг по вопросам молекулярной биологии развития, изданных у нас и за рубежом. Рецензент Н.Г. Xрущов, член-корреспондент АН СССР.

Введение

Биотехнологией называют сознательное производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью биологических объектов и процессов. Термин "биотехнология" стали употреблять всего несколько лет назад - в словарях десятилетней давности его не найти. Но сама биотехнология существует уже много тысячелетий. Она возникла на заре цивилизации, когда первобытные люди научились не просто собирать полезные им растения, а выращивать их на возделанных полях, не только охотиться на диких зверей, но и разводить домашних животных. Эта первобытная биотехнология значительно облегчила жизнь человека, ибо люди стали получать гораздо больше пищи и сырья для изготовления одежды, а тратить на это меньше труда. У них появилось время и для других занятий. Так, благодаря земледелию и животноводству возникла человеческая цивилизация - города и государства, ремесла, искусства и науки. Постепенно биотехнология совершенствовалась, люди создавали сорта культурных растений и породы домашних животных, учились лучше их использовать.

В начале XX в., когда, казалось бы, человек научился получать от природы все что возможно, возникла новая наука - генетика. Однако потребовалось почти 50 лет, пока ее результаты стали приносить ощутимые практические плоды. Путем сознательного сочетания случайно появившихся наследуемых изменений (мутаций) люди стали создавать все более совершенные сорта и породы, а также разновидности (штаммы) полезных микроорганизмов, на базе которых возникла микробиологическая промышленность.

В 50-х гг. нашего столетия возникла новая наука - молекулярная биология, а еще через 20 лет на ее основе генетическая инженерия. Всего 10 лет понадобилось ей, чтобы дать биотехнологии новое оружие - принципиальную возможность сознательно создавать организмы, которые производят те продукты и осуществляют те процессы, которые требуются человеку. Образно можно сказать, что возникла новая биотехнология, которая обещает человеку невиданный прогресс.

В брошюре мы сначала расскажем о достижениях "старой" биотехнологии и о ее дальнейшем развитии. Однако основное внимание уделим научным основам новой биотехнологии, ее реальным (правда, пока еще скромным) достижениям и перспективным направлениям развития. Не случайно биотехнологии сейчас уделяют столько внимания и средств во всех странах мира. В США и Западной Европе, а особенно в Японии создаются фирмы с многомиллионными капиталами, которые на основе методов новой биотехнологии организуют производство кормов, продуктов питания и медицинских препаратов.

Развитие биотехнологии, как мы знаем, стало одним из главных направлений, разрабатываемых в странах СЭВ на период до 2000 г. Ученые-футурологи полагают, что дальнейший прогресс человечества не только будет во многом зависеть от развития биотехнологии, но просто не сможет без нее обойтись, ибо иначе не удастся прокормить все растущее население Земли.

Сегодняшние успехи биотехнологии не нужно ни преуменьшать, ни преувеличивать. Пока реально на ее основе производится не так много продуктов, но перспективы ее развития кажутся беспредельными.

Первобытная биотехнология - основа цивилизации

Много тысячелетий первобытный (кроманьонский) человек жил только охотой и собирательством, почти так же, как сотни тысяч и миллионы лет до него жили предки кроманьонского человека. Первобытная биотехнология (земледелие и животноводство, которые пришли на смену охоте и собирательству) оказалась чрезвычайным событием в истории человечества. Она возникла приблизительно 10-11 тыс. лет назад в тех районах Земли, где для этого создались подходящие условия. По-видимому, прежде всего это началось в Месопотамии (в долинах рек Тигра и Евфрата), на территории нынешнего Ирака, а несколько позже - на Юге современного Китая, в Юго-Восточной Азии и Индии, в Северной Африке и еще позже (но совершенно независимо) в Мексике и в Южной Америке - там, где сейчас находятся Боливия и Перу.

Мы можем представить себе, как возникло первое примитивное земледелие. Когда люди приносили к своему жилищу плоды, семена или съедобные корни, часть их неизбежно терялась, а затем прорастала около пещеры или хижины. И естественно, что это были преимущественно полезные растения, которые уже прошли первый отбор при сборе. А затем люди стали специально сажать семена в землю. Для этого в земле, скорее всего, просто заостренной палкой делали отверстие. При этом люди замечали, что растения растут лучше, если вокруг вырвать сорняки, а землю разрыхлить. Такой уровень земледелия сохранился до сих пор у горных обитателей Новой Гвинеи, которые до последнего времени почти не общались с цивилизованными людьми. Они обеспечивают свое питание в основном за счет разведения сладкого картофеля - батата. Кстати, появление в Новой Гвинее батата, родина которого - Южная Америка, остается пока загадкой. Это, по-видимому, единственное культурное растение, которое как-то попало из Нового Света в Старый, в Африку и Океанию задолго до Колумба, еще в XIV в.

Уже 10 тыс. лет назад в Месопотамии и на прилегающей к ней территории нынешнего Ирана появились первые зерновые культуры - разновидность пшеницы полба и ячмень. Несколько позже на территории Южного Китая появилась чумиза. Около 8 тыс. лет назад в Мексике начали возделывать кукурузу, а приблизительно 7 тыс. лет назад в Юго-Восточной Азии - рис. Намного позже, около 5,5 тыс. лет назад, в Южной Америке начали разводить картофель. Количество культурных растений быстро возрастало, и большинство из них стало сельскохозяйственными сортами задолго до нашей эры.

Потребовалось относительно немного времени, чтобы искусственно разводимые человеком растения так значительно изменились, что до сих пор мы не знаем диких предков некоторых культурных видов. Конечно, растения в домашнем состоянии изменились в основном за счет отбора, может быть, не всегда сознательного: одни зерна и плоды, посеянные около жилищ, прорастали, а другие нет. Попытки разведения одних растений были более удачными, других - менее; те, которые в условиях разведения давали лучший урожай, механически вытесняли виды и сорта, оставлявшие меньше семян.

Затем люди стали проводить относительно сознательный отбор. В первую очередь пытались разводить те растения, которые были нужнее, а среди них научились отбирать более урожайные сорта. Искусственный отбор человеком и естественный отбор в природе часто идут по разным признакам. Например, для человека выгоднее получать пшеницу и ячмень с крупным зерном (в природе важнее не размер, а количество зерен), с легкой обмолачиваемостью (в природе такой признак может оказаться даже вредным).

По мере развития человеческого общества совершенствовалась и культура земледелия, т. е. его технология. Улучшалась обработка земли, стали использовать удобрения более целенаправленно и обоснованно, отбирали сорта с полезными свойствами. Круг используемых видов растений и лучших сортов увеличивался за счет бессознательной, а потом и сознательной перевозки семян в новые районы, далекие от мест их выведения.

Животноводство возникло практически одновременно с земледелием и приблизительно в тех же местах. Из сельскохозяйственных животных первой была приручена, по-видимому, коза (11 тыс. лет назад), а спустя еще тысячу лет - овца. Вероятнее всего, охотники ловили детенышей и оставляли их около жилища привязанными или в специальном загоне. Животные, выросшие с человеком, уже не стремились убежать. Естественно, что в последнюю очередь убивали тех из них, которые проявляли большую склонность к приручению. Так происходил бессознательный отбор приручаемых видов и отдельных животных.

Затем стали заводить стада, научились пасти их. Стали убивать только часть животных, а часть оставлять на развод. Следующий шаг в козо- и овцеводстве - это использование их не только для мяса или шкур, но и для получения шерсти и молока. А это уже повело к дальнейшему развитию биотехнологии - приготовлению кисломолочных продуктов и изготовлению пряжи и шерстяной одежды. Первые прялки находят в раскопках давностью 9 тыс. лет, т. е. всего через тысячу лет после одомашнивания овцы. К этому же времени относится и приручение крупного рогатого скота.

Но не только земледелие и животноводство стали объектами биотехнологии. Еще в те доисторические времена использовали и такую группу живых существ, как микроорганизмы, хотя люди об этом, конечно, не подозревали. Сначала это было квашение молока и овощей (особенно распространенное в Китае и Японии). Большое количество зерна, которое удавалось получать с обработанных полей, использовали только в виде каш, затем из него научились приготовлять муку и печь лепешки. И только потом перешли к заквашиванию теста и хлебопечению. В те же ранние времена, более 8 тыс. лет назад, люди начали готовить пиво, а потом и вино, где также использовались микроорганизмы. Микроорганизмы служили людям и в таких технологических процессах, как вымачивание кож и мочение льна. И хотя люди не знали о дрожжах и бактериях, они производили их бессознательный, а потом и сознательный отбор - сохраняли хорошие закваски и т. д.

Из книг, написанных более 2-3 тыс. лет назад, можно узнать, что уже в те времена существовали определенные правила отбора животных на племя и растений на семена. Эти правила стали еще более определенными к началу нашей эры и, оставаясь эмпирическими, достигли большого совершенства к XIX в., когда были созданы основные и очень продуктивные породы животных и сорта растений.

Рождение примитивной биотехнологии произошло в очень немногих точках земного шара, но определенно не было единичным событием: во всяком случае, в Старом и Новом Свете это случилось совершенно независимо. Но, возникнув в одном или в немногих местах, биотехнология тех времен (а попросту земледелие и животноводство) быстро распространилась почти по всем континентам.

Примитивная биотехнология появилась вследствие определенных причин, некоторые из них мы уже называли. Но и сама она послужила основной причиной возникновения человеческой цивилизации. Главную роль тут сыграло то, что земледелие и животноводство сделали труд одного человека настолько производительным, что он мог прокормить не только себя, но и свою семью. Чем выше была развита биотехнология, тем большее число людей мог прокормить один человек. Люди получили время и возможность заниматься и другими вещами, кроме добывания пищи. Появились ремесла: обработка кож, изготовление глиняной посуды и, наконец, выплавка металлов. Началось прогрессивное развитие человеческого общества.

Источник: Нейфах А.А. Клеточные и генетические основы биотехнологии. - М.: Знание (серия "Биология"), 1987.