История биотехнологии

Тема из истории

Вопрос о формировании биотехнологии трактуется неоднозначно: по мнению одних (Овчинников, Баев, Скрябин), считается правомерным отнести  к сфере биотехнологии древние  процессы брожения, включая получение  спирта, силосование; по мнению других (Аиба, Хемфри, Миллис), условной датой появления биотехнологии можно считать присуждение компании «Мерк Кемикал Компани» за достижения в области биохимической технологии в 1947 г. премии Мак-Гро – Хилла и, наконец, есть мнение, что начало биотехнологии следует отнести к 70-м годам ХХ столетия к моменту зарождения генетической инженерии. Видимо, правомерно отнести возникновение современной биотехнологии, начавшей свое формирование на базе существующих отраслей микробиологической промышленности, к началу 50-х годов нынешнего века, а весь предшествующий данному периоду этап называть предысторией формирования биотехнологии, ведущей корни из древнейших цивилизаций. Предысторию формирования биотехнологии можно подразделить на ряд этапов:

– появление эмпирической технологии в 6м тысячелетии до н.э.,

– зарождение естественных наук в XV–XVII веках;

– формирование микробиологических производств и начало взаимодействия науки и микробиологических производств в конце XIX – 10-х годах XX века, вызвавшее революционное преобразование микробиологических производств;

– создание научно-технических  предпосылок для возникновения  современной биотехнологии (10-е –  конец 40-х годов XX века).

Человек с древнейших времен начал использовать в своей  хозяйственной деятельности биологические  организмы, в частности микроорганизмы, не зная об их существовании. Первым микробиологическим процессом, использованным на практике, было брожение – процесс обмена веществ, при котором в органическом субстрате происходят изменения  под воздействием микробных ферментов. Возбудителями бродильных процессов  являются грибы, бактерии, дрожжи. Данные организмы легко культивируются, быстро размножаются в сравнительно простых условиях и синтезируют  ферменты, вызывающие разложение органических веществ. С древнейших времен брожение применяли при хлебопечении, пивоварении  и виноделии. Так, при раскопках  Вавилона обнаружены дощечки, насчитывающие 6000 лет, с описанием процесса приготовления  пива, а в пирамидах Египта, построенных  в этот же период, – караваи хлеба. Есть сведения об очистных сооружениях, которые функционировали в древнем  Риме. С 3–4-го тысячелетий известны человеку процессы пектинового брожения, лежащие в основе мочки прядильных растений, льна, конопли и др. С  древнейших времен человечество сталкивалось и с отрицательными последствиями  деятельности микроорганизмов (порча  продуктов, инфекционные болезни людей  и домашнего скота). Следствием этого  на первых этапах были неосознанные, эмпирические попытки разработки методов и  средств борьбы с этими явлениями. Так стали возникать методы консервирования продуктов.

Во второй половине XV века начитается развитие современного естествознания. На становление и развитие биологии существенное влияние оказали успехи химии, которая из описательной в  этот период превращается в аналитическую. Произошли сдвиги в изучении сущности процессов брожения; появился термин «ферментация», а процесс брожения стали связывать с наличием в среде дрожжей или ферментов. В XVI–XVII веках сначала во Франции, а затем повсеместно для разрыхления теста стали использовать пивные дрожжи; позднее с изменением и совершенствованием технологии пивоварения для этих целей стали применять дрожжи спиртовых производств. В Европе стали добывать медь в процессах бактериального выщелачивания. Во второй половине XVIII века была доказана способность одного вещества разлагать другое. Это послужило началом экспериментального изучения уникальной способности ферментов к катализу специфических химических реакций. Таким образом, развитие описательной микробиологии и изучение химических превращений стали важной предпосылкой для становления микробиологии и биохимии.

В XIX веке с развитием химических наук были заложены основы органической химии. В этот период были открыты  многие органические кислоты, глицерин, холестерин, глюкоза, первые аминокислоты, осуществлен синтез мочевины. Для  зарождения энзимологии большое  значение имело изучение процесса гидролиза  полисахаридов. Огромное влияние на создание научных основ микробиологических производств имели работы Луи  Пастера, который по просьбе правительства  Франции исследовал причины нарушения  технологических процессов в  ряде производств. Работая в области  прикладной микробиологии, Пастер сделал ряд крупнейших фундаментальных  открытий, которые заложили основы современной технической микробиологии. Пастер неоспоримо доказал, что болезни, порча продуктов, брожение и гниение  вызываются микроорганизмами, и создал теорию об экзогенности попадания этих организмов в среду. Этим была доказана несостоятельность бытующей в то время теории самозарождения микроорганизмов.  

Литература: http://biofile.ru/bio/4527.html

Научно-технический  процесс

Впервые термин "биотехнология" применил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 году.

Отдельные элементы биотехнологии  появились достаточно давно. По сути, это были попытки использовать в  промышленном производстве отдельные  клетки (микроорганизмы) и некоторые  ферменты, способствующие протеканию ряда химических процессов.

Так, в 1814 году петербургский  академик К. С. Кирхгоф открыл явление  биологического катализа и пытался  биокаталитическим путём получить сахар из доступного отечественного сырья (до середины XIX века сахар получали только из сахарного тростника). В 1891 году в США японский биохимик Дз. Такамине получил первый патент на использование ферментных препаратов в промышленных целях: учёный предложил применить диастазу для осахаривания растительных отходов. 

В начале XX века активно развивалась  бродильная и микробиологическая промышленность. В эти же годы были предприняты  первые попытки использовать ферменты в текстильной промышленности. 

В 1916—1917 годах русский  биохимик   А . М. Коленев пытался разработать способ, который позволил бы управлять действием ферментов в природном сырье при производстве табака. 

Огромный вклад в дело практического использования достижений биохимии внёс академик  А . Н. Бах, создавший важное прикладное направление биохимии — техническую биохимию.  А . Н. Бах и его ученики разработали множество рекомендаций по улучшению технологий обработки самого различного биохимического сырья, совершенствованию технологий хлебопечения, пивоварения, виноделия, производства чая и табака и т. п.,  а  также рекомендации по повышению урожая культурных растений путём управления протекающими в них биохимическими процессами. 

Все эти исследования,  а  также прогресс химической и микробиологической промышленности и создание новых промышленных биохимических производств (чая, табака и т. п.) были важнейшими предпосылками возникновения современной биотехнологии.

        В производственном отношении основой биотехнологии в процессе её формирования стала микробиологическая промышленность. За послевоенные годы микробиологическая промышленность приобрела принципиально новые черты: микроорганизмы стали использовать не только как средство повышения интенсивности биохимических процессов, но и как миниатюрные синтетические фабрики, способные синтезировать внутри своих клеток ценнейшие и сложнейшие химические соединения. Перелом был связан с открытием и началом производства антибиотиков.

       Первый антибиотик — пенициллин — был выделен в 1940 году. Вслед за пенициллином были открыты и другие антибиотики (эта работа продолжается и поныне). С открытием антибиотиков сразу же появились новые задачи: налаживание производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами, работа над удешевлением и повышением уровня доступности новых лекарств, получением их в очень больших количествах, необходимых медицине.

Синтезировать антибиотики  химически было очень дорого или  вообще невероятно трудно, почти невозможно (недаром химический синтез тетрациклина советским учёным академиком М. М. Шемякиным  считается одним из крупнейших достижений органического синтеза). И тогда  решили для промышленного производства лекарственных препаратов использовать микроорганизмы, синтезирующие пенициллин и другие антибиотики. Так возникло важнейшее направление биотехнологии, основанное на использовании процессов  микробиологического синтеза. 

Литература: http://www.bioinformatix.ru/biotehnologiya/istoriya-biotehnologii.html