БИОТЕХНОЛОГИЯ

БИОТЕХНОЛОГИЯ — технология получения разнообразных необходимых человеку продуктов из живых клеток различного происхождения.

В качестве промышленных продуцентов для получения биологически активных соединений, новых высокопродуктивных штаммов микроорганизмов, создания клеточных трансплантатов и искусственных органов, улучшения сортов растений и пород животных и т. д. в биотехнологии используют микроорганизмы, культуры клеток животных и растений. Возникновение и развитие биотехнологии обусловлено достижениями молекулярной биологии (см.), генетики (см.), генетической инженерии (см. иммунологии (см.) и других наук. Основными методами биотехнологии являются методы генетической инженерии, гибридизация клеток, получение моноклональных антител, использование для направленного биосинтеза иммобилизованных элементов генетического аппарата. Для повышения продуктивности биотехнологических объектов часто применяется их направленная модификация. Биотехнология включает комплекс работ по подготовке и выращиванию биологических объектов, созданию аппаратов для получения и выделения биологически активных соединений и разработке методов очистки этих соединений. В ближайшем будущем областями промышленного применения биотехнологии прежде всего станут, по-видимому, фармацевтическая промышленность, сельское хозяйство и производство химических реактивов. В настоящее время биотехнология внедряется в промышленное производство ряда белковых препаратов.

В области получения лекарственных препаратов биотехнология может заменить традиционные методы, в т. ч. химический синтез лекарственных веществ или их экстрагирование из животных тканей и растительного сырья. Примером внедрения биотехнологии в фармацию является успешное молекулярное клонирование генов, контролирующих синтез инсулина, соматотропного гормона и интерферона, и биотехнологическое производство этих биологически активных соединений. Биотехнология может быть использована также для получения регуляторных белков, биологически активных пептидов и др. в больших количествах. Кроме того, применение биотехнологических методов позволяет получать информацию, способствующую дальнейшему развитию исследований в области биологии. В настоящее время разрабатываются биотехнологические методы получения ростовых факторов белковой природы, многие из к-рых в будущем могут быть использованы в качестве лекарственных средств. К таким факторам относятся белки, стимулирующие дифференцировку гранулоцитов (фактор, стимулирующий образование колоний), так наз. ростовая добавка для клеток эндотелия, необходимая для жизнедеятельности клеток эндотелия сосудов, эндотелиальный фактор роста, стимулирующий деление клеток эндотелия кровеносных сосудов, эпидермальный фактор роста, усиливающий рост эпидермиса и нек-рых опухолей, фактор, стимулирующий рост фибробластов, и, наконец, фибронектин, усиливающий адгезивные свойства фибробластов и их пролиферацию. Другой важной областью применения ростовых факторов, полученных с помощью биотехнологии, станет их использование при приготовлении культуральных сред для выращивания клеток высших Организмов.

Одним из важных направлений исследований в области биотехнологии является получение антикоагулянтов, прежде всего — тромболитических ферментов стрептокиназы (КФ 3.4.99.22) и урокиназы (КФ 3.4.99.26). Разработка методов культивирования клеток в больших количествах и их гибридизации, синтез моноклональных антител и индивидуальных белков-антигенов сделали возможным получение тромболитических ферментов в больших количествах. Существенное значение в этой области биотехнологии имеет получение тканевых активаторов плазминогена (ТАП) методом культивирования ТАП-секретирующих клеток и выделения ТАП с использованием моноклональных антител.

Практическое значение биотехнологии синтеза моноклональных антител очень велико. С ее помощью получают новейшие диагностические препараты, способные заменить традиционные. Она обеспечивает синтез моноклональных антител в количествах, достаточных для тестирования; в настоящее время проводится сравнительная оценка моноклональных антител, используемых в качестве диагностикумов для все возрастающего числа клинических тестов, проводимых in vivo. Так, меченные радиоактивными изотопами моноклональные антитела к миозину избирательно связываются с миозином сердечной мышцы, составляющим основную массу белка миокарда, и помогают выявить локализацию и размеры зоны некроза при инфаркте миокарда.

Моноклональные антитела применяют для приготовления вакцин против инфекционных болезней, вызванных вирусами гепатита В, герпеса, цитомегаловирусом. Относительно недавно удалось наладить методику культивирования in vitro клеток гепатомы человека, синтезирующих антиген вируса гепатита В. Моноклональные антитела к этому белку, нейтрализующие вирус гепатита

В, будут использованы для его очистки и получения соответствующей вакцины. Есть данные, что человеческая сыворотка, содержащая антитела против вируса гепатита В, оказывает благотворное влияние, на детей, родившихся у женщин страдающих этим заболеванием; такая сыворотка все шире используется в профилактических целях.

Получение экспрессирующих линий клеток, продуцирующих ок. 37 различных лимфокинов (см. Иммунекомпетентные клетки), и клонирование генов, контролирующих синтез лимфокинов, в составе рекомбинантных ДНК для получения этих веществ путем микробиол. синтеза стали возможными в результате практического применения новейших открытий молекулярной биологии и генетической инженерии. Возможность биотехнологического получения чистых препаратов лимфокинов сыграет важную роль в дальнейшем развитии биологии клеток и иммунологии. Лимфокины могут также оказаться полезными для модификации и усовершенствования методов культивирования клеток определенных линий, что даст возможность применять лимфокины в медицине для стимуляции системы иммунитета при различных заболеваниях (см. Иммунитет, Иммунологическая недостаточность).

Перспективным направлением в биотехнологии является гибридизация ДНК с включением в гибридную молекулу радиоактивной метки, к-рой обычно служит радионуклид фосфора. Радиоактивная метка позволяет проследить за процессом гибридизации. Гибридные ДНК с радиоактивной меткой в настоящее время испытываются в качестве реагентов, к-рые можно применять в клинической медицине. Так, ДНК, полученная из патогенного микроорганизма, напр, из вируса, после введения радиоактивной метки может быть использована для обнаружения этого вируса внутри клеток организма человека (в том случае, если вирусная ДНК с радиоактивной меткой гибридизуется с ДНК человека).

Появился ряд методов введения в ДНК в качестве метки нерадиоактивных веществ. Наиболее перспективный из них заключается в химическом присоединении к ДНК молекулы биотина. Меченные биотином ДНК-«зонды» гибридизуются с ДНК-мишенью, а гибриды выявляются с помощью специфической ферментативной реакции, в результате к-рой образуется окрашенный продукт. С помощью такого метода идентификация нуклеотидных последовательностей в молекуле нуклеиновой к-ты проводится всего за несколько часов, тогда как их определение с применением радиоактивной метки продолжается от одного до нескольких дней. Кроме того, меченные биотином ДНК-«зонды» потенциально более чувствительны, чем радиоактивные. Почти любой нужный фрагмент ДНК для использования в качестве зонда можно в настоящее время получить путем химического синтеза, а не выделять из естественных источников. Другим методом приготовления ДНК-«зонда» является выделение фрагментов ДНК с помощью ферментов рестриктаз.

Применение биотехнологии в растениеводстве позволяет подойти к успешному решению таких вопросов, как интенсификация нек-рых важных свойств растений (устойчивость к гербицидам и вредителям, повышение скорости роста, увеличение способности к фотосинтезу и объема фиксации азота).

Одной из областей биотехнологии является контроль за штаммами микроорганизмов, попадающими в окружающую среду в результате деятельности человека.

В области электроники с помощью биотехнологии можно разрабатывать улучшенные варианты биосенсоров или новых проводниковых устройств, называемых «биостружкой». К предполагаемым преимуществам таких «биостружек» относятся их малый размер, надежность и способность к самосборке и самоорганизации. Биотехнология позволяет также создавать электронные схемы, в которых в качестве каркаса для молекул, работающих как полупроводники, будут использованы молекулы белка. Однако производство подобных устройств представляет собой одну из наиболее отдаленных во времени областей применения биотехнологии.

Развитию биотехнологии в СССР уделяется большое внимание. Решения XXVII съезда КПСС позволили определить наиболее актуальные направления развития биотехнологии и заложить прочный фундамент для развития этой отрасли народного хозяйства. В целях расширения и интенсификации работ в области прикладной иммунологии, биотехнологии, клеточной и генной инженерии, разработке на их основе промышленного выпуска иммунобиологических препаратов вакцин, иммуноглобулинов, иммуномодуляторов, препаратов крови, аллергенов, питательных сред, диагностических препаратов и др. Главное управление по производству бактерийных и вирусных препаратов М3 СССР было преобразовано в Главное управление медицинской биотехнологии и иммунопрепаратов Мин-ва микробиол. и мед. промышленности СССР.

См. также Роль биохимии в развитии медицины.

Библиогр.: Биотехнология, под ред. А. А. Баева, М., 1984; Уэбб Ф. Ч. Биохимическая, технология и микробиологический синтез, пер. с англ., М., 1969; Basic biology of new developments in biotechnology, ed. by A. Hollaender a. o., N. Y.—L., 1983; Biotechnology, ed. by J. Higgins a. o., Oxford, 1985; Commercial biotechnology — an international analysis, Washington, 1984; First International conference on the commercial applications of biotechnology, L., 1983; Sassоn A. Biotechnologies, P., 1984.

Б. Б. Егоров.