Введение

Название науки «Биотехнология» происходит от греческих слов «bios» — жизнь, «teken» — ис­кусство, «logos» — слово, учение, наука.

Определение биотехнологии в наиболее полно дано Европейской биотехнологической федера­цией, основанной в 1978 г, В соответствии с ним биотехнология — это наука, которая на основе применения знаний в области микробиологии, биохимии, генетики, генной инженерии, иммуно­логии, химической технологии, приборо- и машиностроения использует биологические объекты (микроорганизмы, клетки тканей животных и растений) или молекулы (нуклеиновые кислоты, белки, ферменты, углеводы и др.) для промышленного производства полезных для человека и жи­вотных веществ и продуктов.

Продукты биотехнологии или биотехнологические процессы используют для решения самых важных промышленных задач:

• крупномасштабного выращивания дрожжей, водорослей, бактерий для получения би­омассы как источника биологически активных веществ;

• производства белка, аминокислот, витаминов, ферментов и других соединений;

• для производства лечебно-профилактических и диагностических препаратов (вакцин, сы­вороток, антибиотиков и др.);

• производства различных пищевых продуктов;

• для получения кормов для сельскохозяйственных животных, гербицидов и биоинсекти­цидов;

• для производства полимеров и сырья текстильной промышленности

• получения метанола, этанола, биогаза, водорода;

• нефтедобычи;

• получение металлов;

• биоэлектроники;

• утилизации вредных выбросов нефти, химикатов, загрязняющих почву и воду;

• переработки производственных и хозяйственных отходов, сточных вод;

• прочих приложений.

По сравнению с химической технологией биотехнология имеет следующие основные преиму­щества:

• возможность получения специфичных и уникальных природных веществ, часть из ко­торых (например, белки, ДНК) еще не удается получать путем химического синтеза;

• проведение биотехнологических процессов при относительно невысоких температурах и давлениях;

• микроорганизмы имеют значительно более высокие скорости роста и накопления клеточ­ной массы, чем другие организмы.

• в качестве сырья в процессах биотехнологии можно использовать дешевые отходы сельского хозяйства и промышленности;

• биотехнологические процессы по сравнению с химическими обычно более экологичны, имеют меньше вредных отходов, близки к протекающим в природе естественным процес­сам;

• как правило, технология и аппаратура в биотехнологических производствах более просты и дешевы.

Объектами биотехнологии являются вирусы, бактерии, микроскопические грибы, клетки (тка­ни) растений, животных и человека, вещества биологического происхождения (например, фер­менты, нуклеиновые кислоты), отдельные молекулы.

Практически все биотехнологические процессы тесно связаны с жизнедеятельностью раз­личных групп микроорганизмов — бактерий, вирусов, дрожжей, микроскопических грибов, име­ют ряд характерных особенностей.

1. Процесс микробного синтеза является частью многостадийного производства, в подавля­ющем большинстве случаев не является товарным и подлежит дальнейшей переработке.

2. При культивировании микроорганизмов обычно необходимо поддерживать асептические условия, что требует стерилизации оборудования, коммуникаций, сырья и др.

3. Культивирование микроорганизмов осуществляют в гетерогенных системах, физико=хи- мические свойства которых в ходе процесса могут существенно изменяться.

4. Технологический процесс характеризуется высокой вариабельностью из-за наличия в системе биологического объекта, т.е. популяции микроорганизмов.

5. Сложность и многофакторность механизмов регуляции роста микроорганизмов и биосин­теза продуктов метаболизма.

6. Сложный состав питательных сред.

7. Относительно низкие концентрации целевых продукьлв.

8. Способность процесса к саморегулированию.

9. Условия, оптимальные для роста микроорганизмов и для биосинтеза целевых продуктов, не всегда совпадают.

В биотехнологических процессах возможно использование ряда биологических объектов, ха­рактеризующихся различными уровнями сложности биологической регуляции, например кле­точным, субклеточным, молекулярным. От особенностей конкретного биологического объекта самым непосредственным образом зависит подход к созданию всей биотехнологической системы в целом.

В результате фундаментальных биологических исследований углубляются и расширяются зна­ния о природе и, тем самым, о возможностях прикладного использования той или иной биологи­ческой системы в качестве активного начала биотехнологического процесса.

1.