Биотехнология как наука и изучаемая дисциплина в вузах

В наши дни большое развитие получила биотехнология. Это прикладное направление, появившееся на стыке биологии и техники наиболее актуально сегодня, является ведущим направлением во многих странах и решает глобальные проблемы человечества и промышленности в целом. Именно поэтому сегодня биотехнология является одним из значимых предметов, который преподают во всех вузах мира, вызывающий большой интерес среди студентов и школьников старших классов. В этой связи мы в данной статье преследовали цель показать, что именно биотехнология на сегодняшний момент является актуальной в изучении и одной из ведущих дисциплин в мире. Более того, большой интерес для науки и промышленности представляет молодое и перспективное направление – строительная биотехнология, основной целью которой является получение биокомпозиционных материалов на основе экологически безопасных биологических связующих. Имеется отличная команда грамотных и ответственных научных специалистов, занимающихся данной проблемой на протяжении многих лет, и сегодня все больше заинтересованных студентов включаются в работу, проводя свои научные исследования, занимаясь написанием статей, участвуя в выставках, научных конференциях, симпозиумах и конгрессах.

Если начать с истории развития биотехнологии, то с древних времен известны отдельные биотехнологические процессы, используемые в различных сферах практической деятельности человека. К ним относятся хлебопечение, виноделие, приготовление кисломолочных продуктов и т. д. Однако биологическая сущность этих процессов была выяснена лишь в XIX в. благодаря работам Л. Пастера. В первой половине XX в. сфера приложения биотехнологии пополнилась микробиологическим производством ацетона и бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов, кормового белка.

Немаловажный вклад в биотехнологические разработки внесли советские исследователи, о чем свидетельствуют работы В. Н. Шапошникова. Биотехнологические разработки широко использовались в нашей стране для расширения «ассортимента» антибиотиков для медицины и животноводства, ферментов, витаминов, ростовых веществ, пестицидов [1].

На сегодняшний день существует два фактора, способствующих продвижению биотехнологии: 1 – бурное развитие биологических (молекулярных) дисциплин (биохимии, биофизики, генетической инженерии), которая опирается на достижения физики, химии и вычислительной математики; 2 – дефицит энергии, природных ресурсов, улучшить здоровье людей, изменить экологию регионов и континентов. Далее нам необходимо дать определение биотехнологии. Итак, биотехнология – это объединение биохимии, микробиологии и инженерных дисциплин для технологического использования микроорганизмов, культур клеток, тканей и отдельных структур клетки. Определение сформировано в 1984 г. Европейской Федерацией Биотехнологов. Это промышленное использование биологических процессов на основе микроорганизмов, культур клеток и тканей, а также отдельных структур и компонентов клеток животных и растений с заданными свойствами. Определение сформировано в 1998 г. Федерацией Российских Биотехнологов. Проще говоря, биотехнология – это наука об использовании биологических процессов в технике и промышленном производстве. Она рождена усилиями многих наук и востребована социальному заказу нашего времени. Биотехнология базируется на ботанике, зоологии, медицине, генетической инженерии, молекулярной биологии, микробиологии, биохимии, биофизики, экологии, точных науках (математики) и др. Например, в биомедицине рассматривается технология стволовых клеток, замена живых клеток, клонирование, замена поврежденных частей, проблема рака и старения.

Биотехнологию в зависимости от исторических этапов развития и достижений подразделяют на ряд периодов: эмпирический, этиологический, биотехнический и генотехнический [2]. Биотехнологические отрасли делятся на секторы:

• 1    – «красная» биотехнология, включает все те биотехнологические производства, связанные с производством фармацевтической промышленности;

• 2 – «зеленая» биотехнология – разработки и отрасль, связанная с сельским

хозяйством;

• 3    – «белая» биотехнология – сборный сектор, где продукт имеет многоплановое назначение (производство низкомолекулярных спиртов, ферментов, биоматериалов, относятся «чистые» технологии (clean tech) – утилизация отходов других производств (биодеградация и биоконверсия)). Елинов Н.П. в своих учениях выделяет микро-, зоо-, фито-, медицинская, сельскохозяйственная, экологическая биотехнологии, биогеотехнология.

Одним из самых главных вопросов является то, какие цели преследует биотехнология, какие проблемы она решает, которые приведены ниже:

• -    удовлетворение человеческих потребностей (пища, белковый голод);

• -    увеличение объемов производства (искусственное воспроизводство пищи);

• -    проблема чистой воды (экосистема и ее очистка);

• -    энергия, ее получение (разработка топливного эквивалента из возобновляемых источников);

• -    здоровье человека (предупреждение заболеваний, профилактика, создание лечебно – оздоровительных напитков);

• -    космическая биотехнология (гидропонные культуры, криоконсервирование клеток животных и далее человека, открытие глобального пространства) [3].

Актуальность введения в учебный план биотехнологии как дисциплины формально подтверждена на состоявшихся в 2009 году Пятом Московском международном конгрессе «БИОТЕХНОЛОГИЯ:  состояние и перспективы развития» и 7-й Международной специализированной выставке «МИР БИОТЕХНОЛОГИИ – 2009». Среди организаторов этого форума значилось и Министерство образования и науки РФ [4].

Цель курса: обеспечить приобретение профессиональной компетентности в области биотехнологии путем формирования системы знаний и представлений о данной отрасли как одного из современных наукоемких направлений деятельности человека, которое базируется на обширных фундаментальных знаниях физики, химии, биологии, медицины, технологии производства, экологии, социологии и права.

Программа курса в основном имеет линейную структуру и требует последовательного изучения материала. Только на заключительном этапе освоения курса студентам предлагается на выбор углубленное знакомство с различными разделами практической биотехнологии. Дифференцированный подход может быть осуществлен за счет лекционного материала или самостоятельной подготовки студентами докладов и рефератов. Содержание 3

основной части учебного курса «Биотехнология» распределяется между лекционной и практической частями на основе принципов фундаментальности, интегрированности и дополнительности. Лекционный материал включает мультимедийное сопровождение, обеспечивающее наглядность материала курса (рисунки, схемы процессов, фотографии, видеоматериалы). Особое внимание уделено демонстрации методических подходов с разбором конкретных экспериментов, осуществляемых при решении научных задач технологии рекомбинантной ДНК. Лабораторно-практические занятия содержат материал, ориентированный на практическое овладение методами биотехнологии, решение практических задач , на закрепление и углубление пройденного материала [5].

На кафедре биотехнологии биологического факультета МГУ имени Н.П. Огарёва проводятся занятия по микробиологии для школьников старших классов, где используются определенные методы обучения и формы работы. Здесь школьники познают мир микроорганизмов, их свойства и особенности строения. Им дается теоретическая информация о том или ином штамме микроорганизма и методика проведения эксперимента. Проводится выращивание определенных штаммов на питательных средах и в дальнейшем учащиеся могут наблюдать микроорганизм с помощью лабораторного микроскопа, описывая его и давая ему характеристику и строение. Цель занятий - заинтересовать и привлечь школьников к столь молодому, интересному и перспективному направлению как микробиология и биотехнология в целом.

Не кому не секрет, что биотехнология, как и другие дисциплины, изучаемые в вузах на сегодняшний день, является одним из наиболее значимых предметов и направлений развития науки в университетах всего мира, получившая большой интерес среди студентов и школьников старших классов. Ведь на занятиях студенты рассматривают наиболее значимые аспекты и проблемы пищевой промышленности и биотехнологии в целом. На практике студенты проводят работы с различными продуктами питания, которые позволяют не только определить их свойства и дать качественную оценку, но и хорошие знания для последующего выбора того или иного продукта в магазине. Студенты на практических занятиях изучают микробиологический синтез различных ценных продуктов, в частности белков и полисахаридов, проводя полный цикл культивирования определенного штамма микроорганизма. Готовят питательные среды и изучают штамм микроорганизма, исследуют его рост в течении нескольких суток на различных питательных средах, проводят количественное определение накопления готового продукта, анализируют изменения физико-механических и физико-химических свойств культуральной жидкости.

Нет сомнения, потенциал биотехнологии в наши дни велик. Ей дано - пусть в определенных границах - перевивать по-новому «нить жизни» - ДНК - методами генетической и клеточной инженерии, создавать биообъекты по заранее заданным параметрам и, как обычно добавляют, на благо человечества. Биотехнология – типичное порождение нашего бурного, динамичного XXI века. Она открывает новые горизонты перед человеческим разумом. Проблемы биотехнологии чрезвычайно многообразны, начиная от чисто технических (например, снижение каталитической активности ферментов при их иммобилизации) и кончая тонкими интеллектуальными проблемами, связанными с обеднением фундаментальной науки в связи с доминированием чисто проблемноприкладных разработок [6]. Биология – это наука, которая в наши дни активно развивается, и огромные надежды возлагаются именно на биотехнологии. Сейчас методы биотехнологии внедряются в промышленность, сельское хозяйство и медицину. Генетическая инженерия, клеточная инженерия наиболее актуальны в XXI веке, поэтому интенсивно изучаются сегодня. Мы не сколько не сомневаемся, что интерес к изучению этого динамически развивающегося направления у студентов и школьников старших классов будет только увеличиваться.