Лекция основы экологической биотехнологии

1.1. Экологическая биотехнология -новая комплексная отрасль

В современной биотехнологии в соответствии со спецификой сфер ее применения целесообразно выделить в качестве самостоятельных ряд разделов:

• пищевая биотехнология;

• промышленная микробиология;

• медицинская биотехнология;

• технологическая биоэнергетика;

• сельскохозяйственная биотехнология;

• биогидрометаллургия;

• инженерная, энзимология;

• клеточная и генетическая инженерия;

• экологическая биотехнология.

Биотехпологические процессы в отличие от химических протекают в мягких условиях, при нормальном давлении и рН среды, а также при физиологических температурах; они в меньшей степени загрязняют окружающую среду отходами и побочными продуктами, кроме того, они мало зависят от климатических и погодных условий, не требу­ют больших земельных площадей, не нуждаются в применении пестицидов, гербицидов и других чужеродных для окружающей среды агентов.

Экологическая биотехнология — это специальное применение биологических систем и процессов для решения задач охраны окружающей среды и рационального природопользования.

Эти процессы включают утилизацию сельскохозяйственных, бы­товых и промышленных отходов, очистку стоков и газо-воздушных выбросов, деградацию ксенобиотиков, получение эффективных и нетоксичных препаратов для борьбы с болезнями и вредителями культурных растений и домашних животных, а также создание аль­тернативных и безвредных для окружающей среды способов воепроизводства пищи, лекарственных препаратов, энергоносителей и добычи полезных ископаемых.

Биотехнология, или технология биопроцессов, это производс­твенное использование биологических агентов или их систем (мик­роорганизмов, растительных и животных клеток и их компонентов) для получения ценных продуктов и осуществления целевых превра­щений.

Биотехнология разрабатывает такие процессы, в которых мик­роорганизмы, культуры растительных и животных клеток, выделен­ные из них ферменты, мембраны и клеточные органеллы в свободном или иммобилизованном состоянии используются для получения био­массы (белка одноклеточных), получения органических кислот, спиртов, аминокислот, лекарственных веществ, ферментов, гормо­нов и т.д., трансформации органических веществ (например, полу­чение биогаза, выщелачивание металлов, очистка сточных вод, утилизация отходов сельскохозяйственных и промышленных произ­водств и т. д.).

Человек использовал биотехнологию многие тысячи лет: люди пекли хлеб, варили пиво, делали сыр, другие молочнокислые про­дукты, используя различные микроорганизмы, при этом даже не по­дозревая об их существовании. Собственно сам термин "биотехно­логия" появился в нашем языке не так давно, вместо него упот­реблялись слова "промышленная микробиология", "техническая био­химия" и др.

Современная биотехнология тесно стыкуется с рядом научных дисциплин, осуществляя их практическое применение или же явля­ясь их основным инструментом.

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.

Некоторые белки и вторичные метаболиты могут быть получены только путем культивирования клеток эукариотов. Растительные клетки могут служить источником ряда соединений - атропин, ни­котин, алкалоиды, сапонины и др. Клетки животных и человека также продуцируют ряд биологически активным соединений. Напри­мер, клетки гипофиза - липотропин, стимулятор расщепления жи­ров, и соматотропин - гормон, регулирующий рост. Созданы пере­виваемые культуры клеток животных, продуцирующие моноклональные антитела (для диагностики).

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.