Ирина Богданова - Концепции современного естествознания. Шпаргалки

За последующее столетие микробиология превратилась в одну из ведущих наук, в которой обособился ряд разделов микробиологии: общая (изучающая фундаментальные закономерности биологии микроорганизмов); промышленная (занимающаяся микробиологическим синтезом антибиотиков, витаминов, ферментов, аминокислот, нуклеотидов, органических кислот и т. п. и процессами получения дрожжей, кормового белка, липидов, бактериальных удобрений); сельскохозяйственная (занимающаяся изучением плодородия почвы и заболеваниями растений); геологическая (проводящая фундаментальные и прикладные работы в области образования и разрушения полезных ископаемых); водная (проводящая исследования водных источников и контроль за качеством воды); медицинская (исследующая микроорганизмы, вызывающие заболевания человека, и способы борьбы с болезнями).

Бурное развитие современной микробиологии связано с открытиями в физике, химии и биологии, давшими новые методы исследования, с расширением практического применения микроорганизмов, решением ряда насущных проблем в генетике, биосинтезе, медицине. Сегодня на первый план выступило практическое применение микроорганизмов для медицинских целей, сельского хозяйства, переработки продуктов отхода, разложения ядовитых веществ. И с каждым годом все новые и новые области требуют применения в них результатов микробиологических исследований.

Инженерной энзимологией называется научно-техническое направление, связанное с интенсификацией биотехнологических процессов и конструированием органических катализаторов (энзимов) с заданными свойствами на основе ферментов и полиферментных систем, выделенных из клеток или находящихся внутри клеток.

В основе инженерной энзимологии лежат принципы органического и ферментативного катализа, химической технологии, биотехнологии и биохимии. Эта наука целиком и полностью занимается практическими разработками – применением ферментных катализаторов в биотехнологических производствах, созданием новых методов в диагностике и терапии, органическом синтезе, решением фундаментальных проблем на основе иммобилизованных ферментов. Она способствует созданию новых высокотехнологичных продуктов, улучшению качества уже существующих, а также ищет пути более экономичного применения биотехнологий.

Ферменты, разработкой которых она занимается, находят применение в пищевой, текстильной, фармацевтической, кожевенной промышленности, в медицине, сельском хозяйстве, в тонком органическом синтезе и т. д. До последнего времени их применение тормозилось крайней дороговизной получения, но теперь найдены способы значительно удешевить процесс, созданы биокатализаторы нового поколения (иммобилизованные ферменты), что способствует расширению сфер их применения.

Огромные перспективы имеет применение иммобилизованных ферментов в медицине для лечения дегенеративных, генетических и некоторых других болезней, требующих введение в организм отсутствующего в нем фермента, необходимого для нормальной работы органов. Прежде вводили чужеродные бактериальные ферменты, что нередко приводило к аллергическим реакциям или не было достаточно эффективным (чужеродные ферменты быстро разлагаются). Применение иммобилизованных ферментов позволило проблему решить: такие ферменты стабильны и не вступают в противодействие с иммунной системой человека. Они используются для проведения диализа (аппарат «искусственная почка»), для растворения тромбов в сосудах и т. п. С каждым годом расширяется область их применения.

К XXI в. на первый план вышли новые открытия в биологии, связанные с генетическими исследованиями, которые породили развитие генной инженерии и генной терапии.

Под генной инженерией понимается изменение хромосомного набора клеток с помощью биохимических и генетических методик и «переделка» наследственного материала в тех или иных целях. Генную инженерию называют иначе технологией рекомбинантных ДНК. Молекула ДНК является материально-информационной структурой клетки, где записаны параметры существующего организма. В генной инженерии происходит изоляция участков ДНК, соединение их в новых комбинациях, перенос из одной клетки в другую, замена «испорченных» участков и т. п., в результате чего достигается изменение данного генома.

Генная инженерия берет определенный участок ДНК у одного вида живых существ и внедряет в клетки другого вида, получая животное или растение с другими качествами. Ученые научились разрезать ДНК произвольно или в определенных участках гена, выделять сегменты ДНК, размножать или склеивать с ДНК других клеток и организмов, то есть создавать живые существа, которые принято называть химерами . Это позволяет преодолевать невозможность получения потомства от разных видов естественным путем, включая животные виды с растительными добавками, растительные с животными, а также растительные или животные виды с включениями ДНК микробов или вирусов. Для переноса информации используется прямой перенос нужного гена в яйцеклетку, перенос с помощью вируса, использование неспециализированных стволовых клеток эмбриона. Животные или растения, полученные в результате такой процедуры, называются трансгенными . В некоторых случаях осуществляется и перенос ДНК человека для получения необходимых в медицине белков, антител, ферментов. Разработаны методики внедрения нужных генов при помощи инъекции или генной пушки, синтеза генов и внедрения их в бактерии и т. п. При помощи разнообразных методов были получены плохо синтезируемые обычным способом вещества – инсулин человека и противовирусный препарат интерферон. Новая технология имеет большие перспективы применения в медицине (создание вакцин, лечение болезней) и в сельском хозяйстве (новые сорта растений, устойчивых к засухе, холоду, болезням, вредителям).

Под генной терапией понимается система методов, позволяющая вводить участки здоровой ДНК в организм больного человека для лечения и профилактики ряда патологических процессов. Этим способом пытаются найти способ лечения рака, СПИДа и прочих болезней, не поддающихся успешному излечению. Существуют как сторонники, так и ее яростные противники. Противники считают, что генную терапию могут использовать нечистоплотные дельцы или террористы, заинтересованные в создании новых генетически модифицированных микроорганизмов, вызывающих новые заболевания. Они опасаются и того, что человек еще плохо понимает специфику генетического материала и генная терапия может принести вместо пользы вред. Особенные опасения вызывает самый распространенный и простой способ переноса участка ДНК с помощью вируса, ориентированного на перенос информации и саморепликацию в теле «хозяина», используется обычно измененный вирус иммунодефицита с удаленным участком, ответственным за размножение.