| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Промислова мікробіологія - розвинена галузь промисловості. Виробництво практично будь-якого препарату, сировини або речовини в цій галузі зараз так чи інакше пов'язане з генетичною інженерією, що дозволяє створювати мікроорганізми - сверхпродуцентов того чи іншого продукту. З її втручанням це відбувається швидше і ефективніше, ніж шляхом традиційної селекції і генетики. Маючи мікроорганізм- сверхпродуцентов, можна отримати більше продукції на тому ж обладнанні без розширення виробництва, без додаткових капітальних вкладень. До того ж мікроорганізми ростуть в тисячу разів швидше, ніж рослини чи тварини.
Наприклад, за допомогою генетичної інженерії можна отримати мікроорганізм, що синтезує вітамін В2 (Рибофлавін), який використовується в якості кормової добавки в раціонах тварин. Його виробництво даними способом еквівалентно будівництва 4-5 нових заводів з отримання препарату звичайним хімічним синтезом.
Особливо широкі можливості з'являються у генетичної інженерії при виробництві ферментів-білків - прямих продуктів роботи гена. Збільшити виробництво ферменту кліткою можна, або ввівши в неї кілька генів цього ферменту, або поліпшивши їх роботу шляхом установки перед ними більш сильного промотора. Так, продукція ферменту 3-амілази в клітці була збільшена в 200 разів, алігази - в 500 разів.
У мікробіологічної промисловості кормовий білок отримують зазвичай з вуглеводнів нафти і газу, деревних відходів. Кормові дріжджі в кількості 1 т дають додатково до 35 тис. Штук яєць та 1,5 т курячого м'яса. У нашій країні виробляється більше 1 млн т кормових дріжджів на рік. Намічається використання ферментеров продуктивністю до 100 т / добу. Завдання генетичної інженерії в цій області - поліпшення амінокислотного складу кормового білка, його поживності шляхом введення в дріжджі відповідних генів. Ведуться роботи і по поліпшенню якості дріжджів для пивоварної промисловості.
З генетичної інженерії пов'язані надії на розширення асортименту мікробіологічних добрив і засобів захисту рослин, збільшення виробництва метану з побутових і сільськогосподарських відходів.
Шляхом виведення мікроорганізмів, що розкладають різні шкідливі речовини у воді та грунті, можна істотно підвищити ефективність боротьби із забрудненням навколишнього середовища.
Зростання народонаселення на Землі, як і десятиліття тому, випереджає приріст виробництва сільськогосподарської продукції. В даний час вишукують нетрадиційні шляхи підвищення ефективності сільськогосподарського виробництва, у зв'язку з чим великі надії покладають на генетичну інженерію рослин. Тільки з її допомогою можна радикально розширити межі мінливості рослини в бік будь-яких корисних властивостей, передавши йому гени від інших (можливо, неспоріднених) рослин і навіть гени тваринного або бактерії. За допомогою генетичної інженерії можна визначати присутність вірусів в сільськогосподарських рослинах, передбачати врожайність, отримувати рослини, здатні протистояти різним несприятливим факторам зовнішнього середовища. Сюди відносять стійкість до гербіцидів (засобів боротьби проти бур'янів), інсектицидів (засобів боротьби проти насе- комих-шкідників), стійкість рослин до посухи, до засолення грунтів, фіксацію рослинами атмосферного азоту і т. П. У довгому переліку властивостей, якими люди хотіли б наділити сільськогосподарські культури, не останнє місце займає стійкість до речовин, що застосовуються проти бур'янів і шкідливих комах. На жаль, ці необхідні кошти згубно впливають і на корисні рослини. Генетична інженерія може істотно допомогти в рішенні цих проблем.
Складніше йде справа з підвищенням стійкості рослин до посухи і засолених грунтів. Є дикі рослини, які добре переносять і те й інше. Здавалося б, можна взяти їх гени, що визначають ці форми стійкості, пересадити культурним рослинам, і проблема вирішена. Але за ці ознаки відповідають кілька генів, і поки не відомо, які саме.
Одна з найбільш хвилюючих проблем, яку намагається вирішити генетична інженерія, - фіксація рослинами атмосферного азоту. Азотні добрива - запорука високої врожайності. Нині в світі виробляють понад 50 млн т азотних добрив, витрачаючи при цьому велику кількість електроенергії, нафти і газу. Але тільки половина цих добрив засвоюється рослинами, решта вимивається з грунту, отруюючи довкілля. Є групи рослин (бобові), які зазвичай беруть азот не з грунту. На коренях бобових поселяються бульбочкові бактерії, які засвоюють азот прямо з повітря.
Але такою властивістю біологічної азотфіксації не володіють злаки. Тим часом, саме цей біологічний шлях дуже вигідний економічно: немає витрат на виробництво добрив; азот засвоюється на 100%. Генетична інженерія приступила до вирішення завдання, кінцева мета якої введення в злаки та інші рослини генів, які забезпечують фіксацію азоту у бобових. Була сконструйована плазміда, що містить всі гени для фіксації азоту. Перенесення цієї плазміди в кишкову паличку Е. coli, яка зазвичай не здатна засвоювати азот, зробив її азотфиксирующей. Подібна плазмида була введена в дріжджі. Як і рослини, дріжджі - еукаріотичний організм, і домогтися в них роботи генів азотфіксації було б важливим етапом на шляху до наміченої мети. Але поки гени в дріжджах не запрацювали, причини цього інтенсивно вивчають.
Завдяки генетичної інженерії несподівано переплітаються інтереси тваринництва та медицини.
У разі пересадки корові гена інтерферону (лікарського препарату, дуже ефективного в боротьбі з грипом і рядом інших захворювань) з 1 мл сироватки можна виділити 10 млн од. інтерферону. Аналогічним способом можна отримати цілий ряд біологічно активних сполук. Таким чином, тваринницька ферма, яка виробляє медичні препарати, - явище не настільки вже фантастичне.
За допомогою методів генетичної інженерії були отримані мікроорганізми, що виробляють гомосерін, триптофан, ізолейцин, треонін, яких не вистачає в білках рослин, що йдуть на корм тваринам. Незбалансоване по амінокислотам годування знижує їх продуктивність і веде до перевитрати кормів. Таким чином, виробництво амінокислот - важлива народногосподарська проблема. Новий сверхпродуцентов треоніну виробляє пов 'амінокислоту в 400-700 разів ефективніше, ніж вихідний мікроорганізм. Підраховано, що 1 т лізину збереже десятки тонн кормового зерна, а 1 т треоніну - 100 т. Добавки треоніну покращують апетит корів і підвищують надої молока. Добавка суміші лізину з треонін до кормів в концентрації всього 0,1% дозволяє економити до 25% кормів.
За допомогою генетичної інженерії можна здійснювати і мутаційний біосинтез антибіотиків. Суть його зводиться до того, що в результаті цілеспрямованих змін в гені антибіотика виходить не закінчений продукт, а якийсь напівфабрикат. Підставляючи до нього ті чи інші фізіологічно активні компоненти, можна отримати цілий набір нових антибіотиків. Ряд біотехнологічних фірм Данії і США вже випускають генно інженерні вакцини проти дисфункції кишечника у сільськогосподарських тварин.
Вже виробляються, проходять клінічні випробування або активно розробляються такі препарати: інсулін, гормон росту, інтерферон, фактор VIII, цілий ряд противірусних вакцин, ферменти для боротьби з тромбами (урокіназа і тканинної активатор плазміногену), білки крові та імунної системи організму. Вивчаються молекулярно-генетичні механізми виникнення ракових захворювань. Крім того, розробляються методи діагностики спадкових захворювань та шляхи їх лікування, так звана гемотерапия. Так, наприклад, ДНК-діагностика робить можливим раннє виявлення спадкових дефектів і дозволяє діагностувати не тільки носіїв ознаки, але і гетерозиготних прихованих носіїв, у яких фенотипично дані ознаки не проявляються. В даний час вже розроблена і широко застосовується генна діагностика дефіциту лейкоцитарної адгезії (BLAD) і дефіциту урідінмоно- фосфатсінтетази (DUMPS) у великої рогатої худоби.
Слід звернути увагу на те, що всі методи зміни спадковості несуть елемент непередбачуваності. Багато що залежить від того, з якою метою проводяться подібні дослідження. Етика науки вимагає, щоб основу експерименту по спрямованому перетворенню спадкових структур становило безумовне прагнення зберегти і зміцнити спадковому володінні корисних видів живих істот. Конструювання генетично нових органічних форм повинно мати на меті поліпшення продуктивності і резистентності тварин, рослин і мікроорганізмів, що є об'єктами сільського господарства, результати - сприяти зміцненню біологічних зв'язків в біосфері, оздоровлення зовнішнього середовища.