ПЛАН

1. Визначення, напрями, міждисциплінарна природа біотехнології.

2. Історичні періоди і перспективи розвитку біотехнології

3. Особливості біотехнологічних процесів.

4. Основні типи біотехнологічних реакторів.

1. Визначення, напрями, міждисциплінарна природа біотехнології

Новий термін «біотехнологія» з’явився близько 30 років тому. Замість нього вживалися слова «промислова (прикладна) мікробіологія», «технічна (прикладна) біохімія» та ін. Це було пов’язано з великим науковим стрибком в галузях мікробіології, ензимології, молекулярної біології і молекулярної генетики. Нові відкриття об’єднали розрізнені прикладні напрями. У результаті біотехнологія стала наукою про практичне використання біології в цілому, а не окремих її частин, як це було раніше.

Ще з кінця ХІХ століття мікроорганізми стали основою виробництва цілого ряду корисних продуктів (органічних кислот, етанолу, ферментів, вітамінів, антибіотиків і т.п.). Перспективи їх використання зростають, адже з великого розмаїття мікроорганізмів людиною використовується дуже незначна їх частина, і до того ж, не досить ефективно, так як знань в генетиці і біохімії мікроорганізмів часто не вистачає.

Недавно почали використовувати в практиці біотехнології рослинні клітини, а тваринні, внаслідок великої вартості їх культивування використовуються дуже обмежено, наприклад для отримання моноклональних антитіл.

Уже використовуються в біологічній промисловості різноманітні біомолекули, зокрема ферменти, насамперед амілази і протеази (пивоваріння, СМЗ).

І все ж перше місце в сучасній біотехнології належить генній інженерії (технології рекомбінантних молекул ДНК). Вона надала дослідникам нову цінну можливість — змінювати генетичну програму бактеріальних, рослинних, тваринних клітин і цим самим завершила формування біотехнології як науки. Біотехнологія — це наука про використання в промисловості біологічних систем або процесів.

В її основі лежить унікальність біологічних систем у розпізнаванні інших біологічних систем або сполук і здатності каталізувати багато хімічних реакцій в звичайних умовах. Навіть сьогодні хімікам не вдається створити каталізатори досконаліші за своєю ефективністю і специфічністю за біологічні. Але, знання про механізми ферментативного каталізу залишаються обмеженими.

Людина використовує біотехнологію багато тисяч років (пивоваріння, хліб, способи зберігання і переробки продуктів шляхом ферментації: виробництво сиру, оцту, соєвого соусу, мила, ліків, переробка відходів). Але тільки розробка методів генної інженерії, що базуються на створенні рекомбінантних ДНК призвела до «біотехнологічного буму». Ці методи не лише відкривають можливість покращення уже освоєних процесів і продуктів, але дають нам оригінальні способи одержання нових, раніше недоступних речовин.

До біотехнології найбільше з усіх наук підходять слова «Нет и ещё 1000 раз нет: я не знаю такой науки, которую можно было-бы назвать прикладной. Есть наука, и есть области её применения, и они связаны друг с другом, как плод с взрастившим его деревом» (Пастер, 1871 р.)

Біотехнологія — наука про методи і засоби здійснення промислових процесів одержання і обробки речовин, що здійснюються з участю мікроорганізмів і ферментів.

Вона є міждисциплінарною наукою, яка базується на досягненнях багатьох інших дисциплін і тісно взаємопов’язана з ними. Міждисциплінарна природа біотехнології

Електроніка	Мікробіологія	Генетика	Біохімія Хімія
Біохімічна технологія	БІОТЕХНОЛОГІЯ		Технологія харчової промисловості
Хімічна технологія	Наукові основи одержання харчових продуктів		Механічна технологія

У здійснення певного біотехнологічного процесу або одержання якогось продукту вносять вклад не всі галузі, але, як правило, декілька.

Можна виділити 4 основні напрями, об’єднані поняттям „біотехнологія”. Насамперед, це найбільш «стара» галузь — промислова мікробіологія. На сучасному етапі саме мікробіологічні процеси найбільше розвинуті до рівня промислового використання. Це: виробництво мікробної біомаси, антибіотиків та ін. ліків, амінокислот, органічних кислот, ферментів і т. п.

Одержання всіх цих речовин супроводжується хімічними реакціями, що каталізуються ферментами. Другий напрям біотехнології — інженерна ензимологія (enzyme від англ. - фермент) – це використання у промислових процесах виокремлених молекул ферментів і ферментних препаратів.

Третій напрям – використання культивованих рослинних і тваринних клітин і тканин. Із цих культур одержують цінні речовини, які в наш час неможливо отримати мікробним синтезом. Але перспективи генетичної інженерії багатообіцяючі.

Інший напрям біотехнології — генна інженерія і клітинна інженерія — самі молоді і дуже перспективні галузі біотехнології. Перша полягає у штучному конструюванні молекул ДНК, що несуть всю генетичну інформацію про даний організм, тобто містять в собі всю програму його росту і розвитку. Спрямований вплив на ДНК дає можливість змінити спадковість і одержувати нові види організмів з необхідними властивостями. Друга – це різні маніпуляції з іншими складовими клітини, які теж містять спадкову інформацію та впливають на неї. Хоча деякі вчені під клітинною інженерією розуміють використання клітин вищих організмів (рослин і тварин). Серед маніпуляцій з генетичною інформацією розрізняють генну, генетичну і геномну інженерію. Розрізненість поглядів щодо термінології свідчить про період становлення і пошуків у цій новій галузі. Яка на нашу думку є підґрунтям сучасної біотехнології.

Всі ці напрями біотехнології тісно пов’язані. Так, методами генної інженерії можна створити спеціальні види мікроорганізмів, що містять підвищену кількість тих або інших ферментів, необхідних для цілей інженерної ензимології. Остання може використовувати як каталізатори не лише виділені ферменти, а безпосередньо і клітини мікроорганізмів.