Читать онлайн «Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции». Страница 486

Предмет изучения протеомики – протеом – полный набор протеинов (т. е. белков, которые продуцируются генами генома и разновидностей которых в современной науке уже открыто около 500000). Функционирование генома раскрывается через протеомику, и наоборот. В этом выражается их глубинная взаимосвязь.

XXI век в истории человечества начался с расшифровки генома. Мы верим, что он продолжится усовершенствованием жизни.

24.9. Эволюционные проблемы биотехнологии

Под биотехнологией в наше время понимают совокупность технологических процессов с использованием биологических систем, включая живые организмы, компоненты живой клетки и продукты её жизнедеятельности – ферменты и гены.

Развитие современной биотехнологии, начавшееся в 70-е годы XX века, открывает волнующие, поражающие воображение перспективы – от выращивания технических устройств и неистощимых ресурсов и до создания биороботов и живых существ с заранее заданными свойствами. Соответственно биотехнология – это реальная перспектива творческой эволюции.

Биотехнология – это также сфера знаний. Это междисциплинарная сфера знаний, опирающаяся на достижения генетики, микробиологии, биохимии, биофизики, бактериологии, вирусологии, иммунологии, технических наук и электроники. Она включает также генную инженерию и использует полученные в ней знания для развития теории биотехнологических процессов и практики их использования в современном производстве.

Биотехнология как сфера производства входит в число наукоёмких высоких технологий, составляющих технологическую основу современной инновационной экономики. Биотехнология базируется на системе методов, позволяющих целенаправленно изменять структуры ДНК различных живых организмов и формировать из них мобилизационные структуры для получения полезных человеку продуктов производства.

По своим особенностям и характеру производственных циклов биотехнологические производства близки к химическим. История использования человеком отдельных биотехнологических процессов начинается ещё с эпохи неолита и продолжается с эпохи древних цивилизаций. Ещё не имея ни малейшего представления о сущности используемых ими процессов, люди чисто практическим путём находили способы получения необходимых им продуктов. Так шаг за шагом формировались технологические процессы виноделия, пивоварения, хлебопечения, получения уксуса, кисломолочных продуктов, сыра, обработки кож, растительных волокон, приготовления растительных лекарств, ядов и т. д.

В 1891 г. В США японский биохимик Дз. Такамине разработал метод применения диастазы для получения сахарозы из растительных отходов и получил первый патент на использование в промышленности ферментного препарата, каковым являлась диастаза. Сам термин «биотехнология» впервые предложил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 г.

Уже в начале XX века некоторые ферменты использовались в текстильной промышленности, широко распространилось бродильное производство. Создание биохимии позволило в первые десятилетия XX века усовершенствовать технологии хлебопечения, виноделия, пивоварения и других отраслей промышленности, требующих использования «живой химии».

Путь от биохимии к биотехнологиям пролегал через изобретение и производство антибиотиков в 40-е – 50-е годы XX века. После своего изобретения в 1940 г. антибиотики способствовали выздоровлению миллионов раненых солдат и больных инфекционными заболеваниями. В основе действия антибиотиков лежало свойство плесневых грибков подавлять жизнедеятельность бактерий. Кроме плесневых грибков для той же цели в настоящее время используются нитевидные бактерии – актиномицеты и спорообразующие бактерии.

К сожалению, эффективность использования антибиотиков не столь высока, как ожидалось в середине XX века, когда их считали чудодейственным средством и верили в их способность избавить человечество от инфекционных заболеваний. И дело не только в том, что болезнетворные микроорганизмы образуют штаммы и клоны, резистентные к антибиотикам, вследствие чего вновь потрясают скученное население опасными эпидемиями.

Главная проблема применения антибиотиков заключается в том, что падение иммунитета у людей, живущих в тепличных условиях и ведущих нездоровый образ жизни только усугубляется неумеренным потреблением антибиотиков, поскольку организм отучается совершать необходимую биологическую работу по самостоятельному подавлению инфекций, вследствие чего самые безобидные микроорганизмы могут стать опасными. Это не что иное, как эволюционно обусловленная расплата за то, что люди лишь пользуются достижениями науки, не принимая в то же время научно обоснованного здорового образа жизни, при котором в конечном счёте отпадает нужда в антибиотиках.

Потребность в производстве антибиотиков вызвала к жизни необходимость решения целого ряда научных и практических проблем биотехнологического характера, включая выращивание микроорганизмов, снижение издержек, повышение выхода готового продукта для удовлетворения массового спроса и т. д.

С открытием в 1953 г. Двойной спирали ДНК и последующей расшифровкой генетического кода были заложены предпосылки для возникновения генной инженерии, развитие которой начинается в 70-е годы XX века и образует важнейшую составную часть и основу развития современной биотехнологии. Последняя подразделяется на промышленную, аграрную и медицинскую, а также включает биоэнергетику, биогидрометаллургию, экологическую и космическую биотехнологию.

Промышленная биотехнология занята, прежде всего, производством ферментов. Изготавливаются ферменты и ферментные препараты для фармацевтической, пищевой, текстильной и кожевенной промышленности, для производства стиральных порошков, пива, спирта и других продуктов. Продуктами биотехнологии являются также человеческие гормоны – инсулин, интерферон, гормон роста и др.

Биотехнология является основой выработки самых различных лекарственных средств, пищевых добавок, вакцин, диагностических средств, средств для очистки окружающей среды. В промышленной биотехнологии эксплуатируется естественная потребность клеток живых организмов, и прежде всего клеточных ядер, служить своеобразными фабриками химических веществ для обеспечения собственной жизнедеятельности и размножения.

Но эксплуатация живых клеток для осуществления человеческих целей имеет целый ряд жёстких ограничений, обусловленных миллиардами лет естественной эволюции. Живые клетки, как правило, имеют миниатюрные размеры и крайне экономны как в потреблении энергии, так и в выходе конечного продукта. Выход конечного продукты клеточной фабрики ограничен потребностями самой фабрики, человеческие же производства нуждаются в промышленных масштабах получения экономически рентабельных продуктов.

Так возникает потребность в искусственном преобразовании результатов эволюции, в своего рода искусственной эволюции. Биотехнологический путь эволюции короток, быстр и связан с насилием над природой. Но это только начало более длительного пути, идя по которому люди когда-нибудь обретут способность творить эволюцию, совершенствовать естественные эволюционные процессы.

Чтобы заставить микроорганизмы вступить на внеэволюционный путь эволюции и выполнять биологическую работу не для оптимизации собственной жизнедеятельности, а для нужд и потребностей человека, люди подвергают клеточные структуры различным целенаправленным воздействиям, стремясь достигнуть их сильно изменённых состояний, далёких от равновесия.

Прежде всего используется погружение клеток в экстремальные условия – с высокой температурой, содержанием различных реагентов и даже ядов. Часто применяются спонтанные или вынужденные, индуцированные мутации. Находят применение и методы искусственной рекомбинации ДНК. Всё это подкрепляется и поддерживается искусственным отбором наиболее перспективных штаммов. Выведение штаммов, но не видов – вот удел искусственной эволюции.

Но искусственный отбор образовывал породы одомашниваемых животных и растений уже тысячи или даже тысяч лет назад. Конечно, в древние эпохи люди действовали наугад и не имели никакого представления о тех структурах, под действием которых происходят вызываемые ими изменения. Но они уже тогда коренным образом изменяли характер и содержание биологической работы приручаемых пород животных и растений тем, что брали на себя труд по их прокорму и подбору пар для скрещивания.

Конечно, манипуляция генетическими структурами в рамках биоинженерии открывает совершенно новые возможности для искусственной эволюции и её промышленного биотехнологического использования. Искусственная эволюция имеет свои преимущества перед естественной эволюцией, которая имела в запасе тысячи или даже миллионы лет для усовершенствования своих произведений на основе естественного отбора и естественной биологической работы.