Методологические принципы биотехнологии

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Казанский национальный исследовательский

технологический университет

В. И. Курашов

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ 

ПРИНЦИПЫ БИОТЕХНОЛОГИИ

Монография

Казань

Издательство КНИТУ

2022

УДК 167/168:663.1
ББК Ю251:28.4

К93

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета

Рецензенты:

канд. биол. наук, доц. Т. И. Абдуллин
канд. филос. наук, доц. С. Р. Гаязова

К93

Курашов В. И. 
Методологические принципы биотехнологии : монография / В. И. Курашов; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. –
Казань : Изд-во КНИТУ, 2022. – 84 с.

ISBN 978-5-7882-3201-0

Рассмотрены основные принципы фундаментальной и прикладной биотех
нологии, составляющие основы научной и инженерно-технической деятельности 
на всех стадиях формирования творческих решений: от постановки фундаментальных исследований до их промышленной реализации. 

Предназначена для студентов и аспирантов биотехнологических направле
ний, а также для научных работников, преподавателей и всех интересующихся 
проблемами естественных наук и современных технологий. 

Подготовлена на кафедре философии и истории науки.

ISBN 978-5-7882-3201-0
© Курашов В. И., 2022
© Казанский национальный исследовательский 

технологический университет, 2022

УДК 167/168:663.1
ББК Ю251:28.4

С О Д Е Р Ж А Н И Е

ВВЕДЕНИЕ ..........................................................................................................................................4

1. ВЗАИМООБУСЛОВЛЕННОСТЬ РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ.......6

2. КЛЮЧЕВЫЕ ЭТАПЫ ИСТОРИИ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ 
БИОТЕХНОЛОГИИ ............................................................................................................................9

2.1. История становления биотехнологии .....................................................................................9

2.1.1. Определение понятия «биотехнология»..........................................................................9

2.1.2. Периоды становления биотехнологии...........................................................................10

2.2. Методологические принципы и их функционирование в биотехнологии........................16

2.3. Взаимодействие биотехнологии с другими областями знания..........................................22

2.3.1. Взаимодействие химии, химической и биотехнологии ...............................................23

2.3.2. Взаимодействие химии, биологии и геологии ..............................................................26

2.3.3. Новые тенденции взаимосвязи биотехнологии и аграрных наук ..............................29

2.4. Классификация и природа экспериментальных методов....................................................30

2.5. Первичное взаимодействие как основа классификации экспериментальных методов........31

2.6. Разнообразие экспериментальных методов исследования биомолекул 
и биохимических процессов .........................................................................................................36

2.7. Триада взаимосвязанных задач биотехнологии...................................................................40

2.8. Принципы модификации биологически активных агентов................................................42

2.8.1. Структура проблемы........................................................................................................42

2.8.2. Искусственный мутагенез, гибридизация и методы генной инженерии....................43

2.9. Система принципов обеспечения продуктивного режима и интенсификации 
процесса ферментации ..................................................................................................................47

2.9.1. Питательная среда и режимы культивирования...........................................................48

2.9.2. Иммобилизация и микрокапсулирование ферментов ..................................................50

2.9.3. Интенсифицирующие факторы физической, химической и биологической 
природы.......................................................................................................................................51

2.10. Биотехнологическое масштабирование от лабораторных исследований 
к промышленной технологии .......................................................................................................57

2.11. Методология аппаратурных решений и инженерные проблемы масштабирования .....59

2.12. Принципы выбора биореактора...........................................................................................61

2.13. Двойственное значение биотехнологии как фактора усугубления и решения 
экологической проблемы ..............................................................................................................66

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................................................70

ЛИТЕРАТУРА....................................................................................................................................72

В В Е Д Е Н И Е

Научные дисциплины и технологии непрерывно меняются, обога
щаясь новыми знаниями, включая все новые предметные области. Возникает закономерный вопрос: почему же тогда сохраняются такие дисциплины, как математика, физика, химия, биология, геология, математическая физика, физическая химия, аналитическая химия, биохимия, 
молекулярная биология? Да потому что есть инвариантные составляющие как науки в целом, так и отдельных дисциплин, сохраняющие фундаментальные основы достигнутого. 

Одной из фундаментальных составляющих любой научной дисци
плины являются методологические принципы и подходы, то есть методология. В силу указанной специфики в настоящем исследовании мы 
опираемся на разные эпизоды истории науки и технологии, которые 
обосновывают или иллюстрируют излагаемые методологические принципы. Данная работа сочетает в себе особенности научной монографии 
и учебного пособия. Она также не является обзором новейших достижений биотехнологии, потому что автор стремился прежде всего найти 
нечто фундаментальное и непреходящее в биотехнологии и ее познавательных методах.

Основная задача издания – представить систему знаний по прин
ципам, методам, способам, средствам, составляющим основы научной 
и инженерной деятельности на всех стадиях формирования творческих 
решений: от постановки фундаментальных исследований до их промышленной реализации. Исходя из этого рассматривается историко-логический процесс становления биотехнологии как междисциплинарной 
научно-прикладной области знания и анализируется роль в этом процессе взаимодействия естественно-научных и технологических областей знания: химии, биологии, аграрных наук, биотехнологии и химической технологии. Показываются функционирование общенаучных 
познавательных методов (дополнительности, соответствия, фальсификации, редукции и контрредукции, моделирования), целостного и системного подходов и возможности общенаучной дисциплины «гносеодинамика». Дается анализ и классификация экспериментальных и теоретических естественно-научных исследовательских методов. Анализируется и конкретизируется понятийно-терминологический аппарат 
биотехнологии. Рассматриваются принципы перехода от научно-лабо

раторных исследований к инженерно-технологическим решениям: популяционный подход, масштабирование, выбор биореактора и способов культивирования.

При написании монографии автор использовал свой многолетний 

практический опыт работы с аспирантами различного профиля, среди 
которых есть математики, физики, химики, биологи, медики и специалисты аграрных наук. С каждым годом темы исследовательских работ 
аспирантов, представляющие различные области естествознания, оказываются все более взаимосвязанными с медико-биологическими и аграрными науками. Этот факт новейшей истории науки, то есть науки 
наших дней, свидетельствует о том, что проблема познания человека 
и его жизнеобеспечения (иначе говоря, антропология в широком 
смысле этого понятия) вновь становится центральной. 

Автор надеется, что предлагаемое издание окажется полезным для 

студентов и аспирантов биотехнологических направлений. Данная монография также будет интересна и всем интересующимся проблемами 
естественных наук и современных технологий, так как содержит богатый фактический материал для дальнейшего развития методологических аспектов биотехнологии с точки зрения панорамного их видения 
на уровне философско-методологических подходов.

Все замечания и предложения, касающиеся содержания книги,

можно присылать по электронной почте: v.kurashov@mail.ru

1 .  В З А И М О О Б У С Л О В Л Е Н Н О С Т Ь  Р А З В И Т И Я  

Е С Т Е С Т В О З Н А Н И Я  И  Т Е Х Н О Л О Г И И

Следует принять во внимание, что в ряде интегративных областей 

естествознание и технику вместе с технологией разделить невозможно. 
Например, в химических лабораториях получают продукты (вещества) 
в многостадийных процессах. Знание о способе получения соответствующего продукта есть не что иное, как технология. Обычно, когда обсуждают проблемы технологии, подразумевают технологию промышленных производств. При этом не следует забывать, что в англоязычной 
литературе понятия «техника» и «технология» обычно используются 
как понятия, совпадающие по значению и смыслу, причем наиболее 
употребительным является слово technology (технология).

История естествознания и техники свидетельствует, что естество
знание и техника (включая технологию) развивались не только в результате двусторонних процессов передачи знаний и проблем, но 
и независимо друг от друга. Здесь достаточно указать на успехи достижения в области техники и технологии в Средневековье, которые были 
достигнуты без участия научно-философского знания: получение сплавов металлов, красителей и мастик; создание и усовершенствование водяных и ветряных мельниц, компаса, печатного станка, разнообразных 
печей, а также техники в области строительства зданий, морских судов
и др. В этот же период были разработаны технологии очистки металлов 
и разделения веществ перегонкой. Но в отличие от философии и умозрительных наук техническое развитие в это время шло непрерывно 
и поступательно. На основании осмысления истории науки и техники 
могу сказать, что в этот период было законсервировано именно естествознание в силу абсолютного авторитета идей Аристотеля, а не религиозных догматов. История техники в эпоху Возрождения также демонстрирует неуклонное ее поступательное развитие. 

Словом, кризисы и революции в развитии и становлении знаний –

это события, которые преимущественно сопровождают достижения 
науки, а не техники и технологии.

Приведу еще примеры развития науки и техники в XX–XXI вв., 

которые показывают взаимодействие (а не только одностороннее действие) научных и технических знаний. Так, термодинамика зародилась 
и развивалась как термодинамика тепловых машин, т. е. как техниче

ская термодинамика. Также и проблемы передачи информации телеграфом во многом обусловили становление теории информации, а изобретение самого телеграфа как технического устройства было обусловлено 
развитием физики электричества. Биотехнология и генная инженерия 
развивались в органичном единстве и представляют собой область синтеза технологии и естествознания. 

Естествознание развивается по многим направлениям как искус
ство для искусства, то есть не только для того, чтобы обслуживать социальные заказы на технические устройства и новые промышленные 
технологии. 

Методология, теория, эксперимент и собственно знание в есте
ственных науках находят применение в первую очередь для познания 
тех же естественных объектов в той же предметной области, но на новом уровне или в более широком предметном ракурсе. 

Технология и техническое творчество также не всегда опирались 

и опираются на естественно-научные знания. Если, например, по отношению к предмету технологии подобные знания отсутствуют, то в этом 
случае технология совершает «туннельный переход» через барьер еще 
не состоявшегося в этой области естественно-научного незнания, опираясь на свои собственные творческие ресурсы (интуицию, опыт, эмпирические правила и аналогии), в этом она сродни искусству. 

Полезно отметить, что технология и искусство в современном 

смысле этих слов разделились, но окончательно это произошло не так 
давно. Здесь уместно напомнить высказывание М. В. Ломоносова из его 
лекции «Слово о пользе химии»: «Учением приобретенные познания 
разделяются на науки и художества. Науки подают ясное о вещах понятие и открывают потаенное действие и свойств причины; художества 
к приумножению человеческой пользы оные употребляют. Науки довольствуют врожденное и вкорененное в нас любопытство; художества 
снисканием прибытка увеселяют. Науки художествам путь открывают; 
художества происхождение наук ускоряют. Обои общею пользою согласно служат». Судя по контексту лекции, Ломоносов относил к «художествам» все сферы по созданию искусственных объектов – как материально-практических, так и духовно-эстетических. Это понятно из 
следующих его слов: «Между художествами первое место ...имеет металлургия, которая учит находить и очищать металлы и другие минералы. ...Ибо металлы подают укрепление и красоту важнейшим вещам,
в обществе потребным. Ими украшают храмы Божии и блистают монаршеские престолы, или защищаются от нападения неприятельского, 

или утверждаются корабли и, силою их связаны, между бурными вихрями в морской пучине плавают» [79]. 

Современная наука и техника демонстрируют преимущественно 

взаимообусловленность знаний. Хороший пример взаимодействия 
естествознания и техники (технологии) представляют интегративные 
области с активным функционированием химических знаний. Современная химия в ее научной лабораторной части становится все более 
и более технологичной, а современная промышленная технология – все 
более и более научной. Понятие «высокие технологии» отражает эту 
тенденцию – ведь среди направлений современной химии, химической 
технологии и интегративных областей естествознания и техники едва 
ли не каждый день выделяются все новые и новые области специализации научной деятельности [69, 71–73]. 

С активным участием химических знаний разрабатываются 

и функционируют многие прикладные области: каталитические технологии; энерго- и ресурсосберегающие технологии; мембранные технологии; технологии разнообразных продуктов на основе молекулярной 
микроэлектроники; технологии создания молекулярных компьютеров; 
интегративные технологии, сочетающие физические, химические, ферментативные и микробиологические стадии получения целевого продукта; аддитивные и нанотехнологии.

2 .  К Л Ю Ч Е В Ы Е  Э Т А П Ы  И С Т О Р И И  

И М Е Т О Д О Л О Г И Ч Е С К И Е  П Р И Н Ц И П Ы

Б И О Т Е Х Н О Л О Г И И

2 . 1 .  И с т о р и я  с т а н о в л е н и я  б и о т е х н о л о г и и  

2 . 1 . 1 .  О п р е д е л е н и е п о н я т и я  « б и о т е х н о л о г и я »

Прошлый и нынешний века характеризуются непрерывным рас
ширением биотехнологических исследований, смежных с биотехнологией естественных наук и промышленных технологий, а вместе с этим –
соответствующим наращиванием объема и номенклатуры биотехнологических производств. Это связано с задачами получения лекарственных препаратов, диагностических и аналитических средств, пищевых 
и кормовых продуктов, агентов биологически активной трансформации 
ксенобиотиков, биопрепаратов для сельского хозяйства, полимеров 
и материалов, в том числе компонентов моющих средств.

Существует множество определений понятия «биотехнология», 

при этом нужно иметь в виду, что в одно краткое определение невозможно вместить любую крупную область научно-технологического 
знания. Поэтому ограничимся определением из Википедии: «Биотехнология (от др.-греч. βίος – жизнь; τέχνη – искусство, мастерство, способности; λόγος – слово, смысл, мысль, понятие) – дисциплина, изучающая 
возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также 
возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами 
методом генной инженерии».

На основании анализа истории, современного состояния и разно
образных направлений биотехнологии приведем также рабочее определение: биотехнология – научно-прикладная область знания, отрасль 
технологии и промышленного производства, основывающаяся на использовании биологической активности природных или модифицированных методами селекции и генной инженерии живых организмов