Краткий исторический очерк развития биотехнологий в аграрной цивилизации
Краткий исторический очерк развития биотехнологий в аграрной цивилизации
Магистральная линия истории, приведшая к генетической инженерии как технологии управления процессом эволюции, на значительном временном интервале практически совпадает с историей генетики. Именно тогда, когда человечество создало инструментарий, позволяющий конструировать и создавать новые формы жизни, оно осознало не только собственное могущество и опасность его использования в «неразумных» целях». Поэтому этот раздел в значительной мере посвящен истории становления генетики — теоретического фундамента современной биотехнологии.
С того времени, как (приблизительно 10 000 лет назад) человек перешел от охоты и собирательства к скотоводству и земледелию, он, в сущности, радикальным образом сменил унаследованную от предков стратегию выживания в этом мире. Отныне он, сначала интуитивно, а затем — осознанно, стремится преобразовать свою среду обитания («экологическую нишу») в соответствии с собственными потребностями и интересами или своими представлениями о них (которые далеко не всегда не всегда совпадают друг с другом). Это означает, что человек постепенно берет под свой контроль ход глобального процесса эволюции, состоящий из трех компонент: эволюцию неживой природы, развитие жизни и историю человеческой цивилизации. Первым шагом на этом пути стало доместикация и создание искусственных экологических систем — агробиоценозов. Примерами последних могут служить пшеничное поле и пастбища скота.
Но вначале человечество располагало возможностями крайне незначительной модификации свойств и признаков уже существующих в природе элементов экологических систем, т.е. биологических видов. И только к концу 2 тысячелетия н.э. были созданы технологии, позволяющие создавать и перестраивать экологические системы, конструируя их из элементов (организмов) с заранее заданным произвольным наборов свойств. Эти технологии и получили название генетическая инженерия, биотехнология. (Вероятно, правильнее и точнее было бы сказать — генетическая и экологическая инженерия).
Ситуация с биотехнологиями напоминает историю с героем пьесы Мольера «Мещанин во дворянстве», который внезапно обнаружил, что всю жизнь говорил прозой и сам об этом не знал. Так и мы достаточно часто забываем, что биотехнологии человечество начало использовать и развивать с момента одомашнивания растений и животных. Ниже представлен краткий список важнейших биотехнологических событий.
VIII тыс. до н.э — первые культурные растения и домашние животные; начало возделывания картофеля для употребления в пищу.
VI тыс. до н.э — природная генная инженерия, создание мягкой пшеницы
II тыс. до н.э. — использование дрожжей для получения вина, пива и дрожжевого хлеба и кефира.
500 до н.э. — первый антибиотик (соевый творог) используют для лечения ожогов (Китай).
100 н.э. — первый инсектицид (Китай).
1590 — изобретение микроскопа.
1663 — открытие клеток (Р. Гук).
1675 — открытие бактерий (А.Певенгук).
1700-е годы — натуралисты идентифицируют растения-гибриды.
1820 — изложение К. Нассе закона наследования гемофилии.
1835-1855 — гипотезы о клеточном строении организмов (Т. Шванн) и о том, что «любая клетка происходит от клетки».
1857 — открытие бактериальной природы брожения (Л. Пастер), зарождение микробиологии.
1859 — опубликована теория эволюции (Ч. Дарвин).
1861 — Луи Пастер разрабатывает технологию пастеризации
1865 — Грегор Мендель, отец современной генетики, экспериментирует с бобовыми растениями и приходит к выводу, что существуют неизвестные на тот момент частицы, позднее получившие название гены, которые передают признаки от поколения к поколению; формулировка г. Менделем основных правил наследственности.
1869 — открытие И. Мишером нуклеиновых кислот в ядрах клеток.
1875 — первое описание О. Гертвигом слияния яйцеклетки и спермия (у морских ежей).
1870-1890 — получены первые гибриды кукурузы и хлопчатника, обладающие новыми свойствами; первые удобрения — для повышения урожайности стали вносить фиксирующие азот бактерии.
1878 — первое оплодотворение In vitro (Л. Шенк).
1902 — появление гипотезы В. Саттона и Т. Бовери о локализации генов.
1910 — первые работы Т. Моргана по наследственности плодовой мушки дрозофилы, первоначальная формулировка хромосомной теории наследственности.
1922 — американские фермеры закупают гибридные сорта кукурузы.
С 1930 по 1985 год наблюдается повышение урожайности пшеницы на 600 процентов.
1919 — появился термин «биотехнология».
1925 — открытие мутагенного действия рентгеновского излучения (Г. Надсон, С.Г. Филиппов, г. Меллер, Л. Стаплер).
1926 — публикация результатов исследования С.С. Четверикова по генетике и эволюции популяций в природе, согласование теории мутаций с теорией естественного отбора, раскрытие роли случайностей в эволюции.
1927 — появление матричной гипотезы воспроизводства биополимеров Н.К. Кольцова.
1928 — в плесени обнаружен пенициллин, обладающий антибактериальными свойствами (Д.Флеминг); впервые использован метод выделения эмбрионов для получения гибридов, зарождение гибридизации; впервые получены фертильные гибриды от растений разных родов: редиса и капусты (ПД. Карпеченко). Работы Ф. Гриффита по генетической трансформации микроорганизмов.
1930 — начало исследований Е. Бауэра и В.В. Сахарова по химическому мутагенезу. Впервые принят закон о патентовании продуктов селекции растений (США).
1933 — получены первые гибриды кукурузы, предназначенные для коммерческого использования (США).
1937 — издание книги Ф.Г. Добржанского «Генетика и происхождение видов» (синтетическая теория эволюции, связь теории естественного отбора с данными о популяционно-генетической изменчивости).
1938 — первое использование термина «молекулярная биология», первая публикация в журнале «Nalure» результатов рентгеноструктурного анализа нуклеиновой кислоты.
1941 — первая работа по биохимической генетике, использование биохимии в генетике; результаты Дж. Бернала по рентгеноструктурному анализу вируса табачной мозаики.
1942 — начато массовое производство пенициллина.
1943 — формулирование основополагающих принципов ДНК-технологии (Э. Шредингер): уподобление наследственного материала кодированному сообщению и открытие возможности переноса генов из одного организма в другой.
1944 — ученые подтверждают, что ДНК, присутствующая в ядре любой клетки, является субстанцией, отвечающей за передачу наследственной информации и содержит ключи к нашему прошлому, настоящему и будущему. Первое исследование химической природы вещества, передающего наследственные признаки. Показано, что ДНК несет генетическую информацию.
1945 — работа С. Пурии о мутациях у бактериофагов, давшая модель для генетических исследований на молекулярном уровне.
1946 — издание книги И.И. Шмальгаузена «Факторы эволюции».
1947 — открытие конъюгации (слияния) клеток у кишечной палочки, получение доказательства ее обусловленности генетическими факторами.
1948 — рождение теленка от искусственно оплодотворенной коровы.
1949 — открытие П. Полингом генетической природы серповидно-клеточной анемии, ставшей классической моделью наследственных заболеваний.
1950 — открытие Э. Чаргаффом нуклеотидного состава ДНК.
1951 — работы Л. Полинга по спиральным структурам в белках; определение Ф. Сенгером химического строения инсулина; первые работы Б. Макклинток по «прыгающим» генам.
1952 — первое клонирование (из ядра клетки зародыша лягушки, пересаженного в яйцеклетку лягушки, получено взрослое животное).
1953 — Джеймс Уотсон и Фредерик Крик открывают структуру ДНК в виде двойной спирали. Публикация в журнале «Nature»
1958 — ДНК впервые синтезирована в лаборатории.
1961 — зарегистрирован первый биопестицид (Bacillus thuringiensis). 1963 — получены новые сорта пшеницы, увеличивающие урожайность на 70% (Норман Борлоуг); начало «зеленой революции» в сельском хозяйстве.
1970 — открыты ферменты, позволяющие разрезать молекулу ДНК в нужных местах. Н. Борлауг получает Нобелевскую премию за создание короткостебельных сортов пшеницы, что стало первым случаем признания научных заслуг селекционера.
Чтобы понять, как далеко зашли эти селекционно-эволюционные изменения, достаточно взглянуть на кукурузные початки (их возраст — 5 тыс. лет), найденные при раскопках в пещере Теуакан (Мексика). Они примерно в 10 раз меньше, чем у современных сортов.
1973 — Стенли Коэн и Герберт Бойер переносят ген, специфический участок ДНК, из одного организма в другой, начало ДНК-технологии.
1976 — первая регламентация работ с рекомбинантной ДНК.
1980 — Нобелевская премия за синтез первой рекомбинантной молекулы.
1982 — первое коммерческое применение методов биотехнологии — зарегистрировано первое лекарство, полученное методами биотехнологии: человеческий инсулин, вырабатываемый бактериями. Первая генетическая трансформация растительной клетки (удалось получить новую окраску цветков петунии).
1983 — 1983 — получение первых растений с использованием методов биотехнологии. Первое генетически модифицированное (ГМ) растение (табак).
1986 — первая вакцина, полученная методами генной инженерии (от гепатита В); первое противораковое лекарство, полученное методами биотехнологии (интерферон).
1987 — первое разрешение на полевые испытания ГМ растений (США).
1990 — первый пищевой продукт, модифицированный методом биотехнологии — фермент, применяемый при изготовлении сыра, был разрешен для использования в США первый зарегистрированный продукт питания с ГМ ингредиентами: модифицированные дрожжи (Великобритания).
1992 — администрация по контролю над пищевыми продуктами и лекарственными препаратами постановляет, что продукты питания, полученные с использованием биотехнологических методик, должны регулироваться тем же самым способом, что и полученные с использованием традиционных методик.
1993 — создание Биотехнологической промышленной организации, международного сообщества специалистов, занимающихся проблемами биотехнологии.
1994 — первое разрешение на пищевой продукт, полученный с использованием биотехнологических методик: помидоры FLAVR SAVR.
1995 — введение в практику первого сорта сои, полученного при помощи биотехнологии.
1997— американское правительство одобряет 18 разновидностей зерновых, полученных с использованием биотехнологии.
1996-1997 — начало возделывания первых ГМ культур: кукуруза, соя, хлопчатник (Австралия, Аргентина, Канада, Китай, Мексика, США).
1999 — выведен «золотой» рис, обогащенный каротином, для профилактики слепоты у детей развивающихся стран.
2000 — первая расшифровка генома растения: Arabidopsis thaliana; обогащенный провитамином А «Золотой» рис стал доступным для развивающихся стран. Расшифровка генома человека. Создание Совета по вопросам информации в области биотехнологии.
2001 — первая полная карта генома сельскохозяйственной культуры (рис).
2003 — ГМ растения возделывают почти на 70 млн га в 18 странах мира, где проживает более половины человечества.
2004 — ГМ растения возделывают более чем на 80 млн га в 18 странах мира.