Введение в биотехнологию

Е.В. ЧЕТВЕРТАКОВА
ВВЕДЕНИЕ 
В БИОТЕХНОЛОГИЮ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
Рекомендовано 
учебно-методическим советом федерального государственного 
бюджетного образовательного учреждения высшего образования 
«Красноярский государственный аграрный университет» 
для межвузовского использования в качестве учебного пособия 
для студентов по направлению подготовки 06.03.01 «Биология»
Москва
ИНФРА-М
2025

УДК 60(075.8)
ББК 28.64я73
 
Ч-52
Р е ц е н з е н т ы:
Назарченко О.В., доктор сельскохозяйственных наук, доцент, профессор кафедры ветеринарии и зоотехнии Курганской государственной сельскохозяйственной академии имени Т.С. Мальцева;
Шадрин С.В., кандидат сельскохозяйственных наук, генеральный 
директор АО «Красноярскагроплем»
Четвертакова Е.В
Ч-52  
Введение в биотехнологию : учебное пособие / Е.В. Четвертакова. — 
Москва : ИНФРА-М, 2025. — 194 с. — (Высшее образование). 
ISBN 978-5-16-020333-1 (print)
ISBN 978-5-16-112900-5 (online)
В учебном пособии изложены традиционные и новейшие технологии, 
которые основаны на достижениях генетической, клеточной инженерии, 
нанотехнологий. Рассмотрены такие методы биотехнологии, как получение рекомбинантных ДНК, трансгенных животных и растений. Раскрыты 
вопросы использования биотехнологических процессов в решении экологических, сельскохозяйственных, сырьевых проблем. Приведены задания 
и вопросы для самоконтроля, терминологический словарь.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки 06.03.01 «Биология».
УДК 60(075.8)
ББК 28.64я73
ISBN 978-5-16-020333-1 (print)
ISBN 978-5-16-112900-5 (online)
© Четвертакова Е.В., 2024
© Красноярский государственный 
аграрный университет, 2024

ПРЕДИСЛОВИЕ
Учебное пособие подготовлено в соответствии с ФГОС ВО и 
учебной программой по курсу «Введение в биотехнологию» для студентов Института прикладной биотехнологии и ветеринарной медицины ФГБОУ ВО Красноярский ГАУ по направлению подготовки
06.03.01 «Биология». 
Целью дисциплины является освоение студентами теоретических и практических знаний и приобретение умений и навыков в области биотехнологий для возможности использования методов биотехнологии в народном хозяйстве.
Содержание дисциплины охватывает круг вопросов, связанных с 
генетической, клеточной инженерией и нанобиотехнологиями. Раскрыты вопросы использования биотехнологических процессов в решении экологических, сельскохозяйственных, сырьевых проблем.
Особенностью дисциплины является изучение традиционных и 
новейших технологий, которые основаны на достижениях генетической, клеточной инженерии и нанобиотехнологий. Рассматриваются 
такие методы биотехнологии, как получение рекомбинантных ДНК, 
трансгенных животных и растений.
По завершении освоения курса студенты должны знать объекты 
биотехнологии, основы биотехнологии, биоинженерии, нанобиотехнологии, молекулярного моделирования, приемы генетической инженерии. Уметь применять методы биотехнологии для решения профессиональных задач. Применять полученные знания для анализа прикладных проблем хозяйственной деятельности. Владеть методами 
биотехнологии для решения профессиональных задач; основными 
понятиями и терминами науки, лабораторными методами исследования.
В каждой теме изучаемой дисциплины предусмотрены контрольные вопросы, дан библиографический список, необходимый для 
более полного освоения тем и самостоятельного изучения вопросов,
тестовые задания, сюжетные задачи. Приведен терминологический 
словарь.
3

ВВЕДЕНИЕ
Биотехнология – это наука о генно-инженерных и клеточных 
мембранах и технологиях создания и использования генетически 
трасформированных биологических объектов для интенсификации 
производства или получения новых видов продуктов различного 
назначения. 
Современная биотехнология оказывает огромное влияние на все 
аспекты практической деятельности человека. С ее помощью в настоящее время получают десятки биологически активных веществ (гормоны, ферменты, витамины, антибиотики, стероиды, лекарства). 
В промышленности используются разнообразные биомолекулы, которые применяются в пищевой промышленности и производстве моющих веществ. Значимым достижением стало создание технологии 
иммобилизованных ферментов и клеток. 
Благодаря применению генной инженерии удалось получить 
жизненно важные биопрепараты – человеческий инсулин, соматотропин, интерфероны, моноклональные антитела, диагностикумы, вакцины. Важное значение имеет биотехнология в экологии промышленных производств на основе создания безотходных процессов 
(очистка воды и воздуха, борьба с нефтяными зарязнениями, уничтожение вредителей сельскохозяйственных культур, утилизация отходов, производство бактериальных удобрений и др.). Биотехнологические процессы являются базой для получения кормового и пищевого 
белка, возобновляемых источников энергии. Будущее связывают с 
развитием белковой инженерии, биоэлектроники, с получением новых стимуляторов роста растений, высокоэффективных лекарственных препаратов, нанобиотехнологиями.
Биотехнология многолика и по своим историческим корням, и 
по своей современной структуре, объединяющей элементы фундаментальных наук и таких прикладных отраслей, как химическая технология, машиностроение и сельское хозяйство. Имеет огромные 
перспективы развития в разных отраслях народного хозяйства.
4

Перечень сокращений и обозначений
E. coli – Escherichia coli (кишечная палочка);
NAD + – никотинамидадениндинуклеотид;
А + Т, Г + Ц – аденин + тимин, гуанин+ цитозин;
АТФ – аденозинтрифосфат, или аденозинтрифосфорная кислота;
БПК – биологическое потребление кислорода;
ГАТ – гипоксантин, аминоптерин, тимидин;
ГГФРТ – гипоксантин-гуанин-фосфорибозил-трансфераза;
ГР – гормон роста;
Дж/м2 – Джоуль на квадратный метр;
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота;
иРНК – информационная рибонуклеиновая кислота;
Кб – килобаза;
kp – коэффициент протозойности; 
мг/л – миллиграмм на литр;
мин. – минут;
МкАт – моноклональное антитело;
мкм – микрометр;
мкл – микролитр;
н. э. – наша эра;
нл – нанолитр;
нм – нанометр;
п. н. – пар нуклеотидов;
п. н. ц. – полинуклеотидная цепь;
РНК – рибонуклеиновая кислота;
СПИД – синдром приобретенного иммунодефицита;
т. д. – так далее;
т. е. – то есть;
тРНК – транспортная рибонуклеиновая кислота;
ХПК – химическое потребление кислорода.
5

ТЕМА: ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ И СОВРЕМЕННЫЕ
ДОСТИЖЕНИЯ БИОТЕХНОЛОГИИ
Целью данной темы является ознакомление с основными этапами развития биотехнологии, становлением ее как науки, достижениями; изучение приемов и методов биотехнологии.
Вопросы
1. Формирование биотехнологии как науки.
2. Объекты и методы в биотехнологии.
3. Достижения биотехнологии в отраслях народного хозяйства.
1. Формирование биотехнологии как науки
Впервые термин «биотехнология» был применен венгерским 
инженером Карлом Эреки в 1917 году для описания процесса крупномасштабного выращивания свиней с использованием в качестве 
корма сахарной свеклы. Согласно его определению, биотехнология –
это «все виды работ, при которых из сырьевых материалов с помощью живых организмов производятся те или иные продукты» (Музафаров Е.Н. и др., 2013; https://dic.academic.ru).
В настоящее время под термином «биотехнология» (определение предложено Европейской биотехнологической федерацией) понимают науку, которая на основе применения знаний в области микробиологии, биохимии, генетики, генной инженерии, иммунологии, 
химической технологии, приборо- и машиностроения использует 
биотехнологические объекты (микроорганизмы, клетки тканей животных и растений) или молекулы (нуклеиновые кислоты, белки, 
ферменты, углероды и др.) для промышленного производства полезных для человека и животных веществ и продуктов (Сассон А., 1985; 
Тихонов И.В. и др., 2005). 
Согласно национальному стандарту Российской Федерации 
(ГОСТ Р 57095-2016), «Биотехнология» – это применение науки и 
технологии к живым организмам, как к областям, продуктам и моделям, с целью преобразовать живые или неживые материалы для производства знания, продукции или услуг соответственно.
По определению академика Ю.А. Овчинникова, биотехнология – комплексная, многопрофильная область научно-технического 
прогресса, включающая разнообразный микробиологический синтез, 
6

генетическую и клеточную инженерную энзимологию, использование 
знаний, условий и последовательности действия белковых ферментов 
в организме растений, животных и человека, в промышленных реакторах.
Возможности использования биотехнологии в различных отраслях народного хозяйства приведены на рисунке 1.
ПИЩЕВАЯ 
ГЕННАЯ
ИНЖЕНЕРИЯ
Получение трансгенных животных, растений, микрооргаПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Молочнокислые 
продукты, 
пекарское производство, пивоварение, 
белок 
одноклеСЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
Трансгенные растения, трансгенные животные, силосование, 
азотфиксация, 
клонирование, 
эмбриотрансферы 
низмов, вакцины и т. д.
точных
МЕДИЦИНА
ФЕРМЕНТНЫЕ 
ТЕХНОЛОГИИ
БАД в стиральные порошки, пектиназы в фруктовые 
соки, биосенсоры и т. д.
Получение 
гормонов 
(инсулин, 
соматотропин), антибиотики, вакцины, моноклональные 
антитела и т. д.
БИОТЕХНОЛОГИЯ
ХИМИЧЕСКИЕ 
РАЗРАБОТКА НЕДР
Получение металлов методом биовыщелачивания
ВЕЩЕСТВА
Получение этанола, 
ацетона, бутилового 
спирта, полимеры
ТОПЛИВО
ПЕРЕРАБОТКА ОТХОДОВ
ФЕРМЕНТЕРЫ
Получение биогаза (метан), газохола (смесь бензина и этанола)
Создание и использование ферментеров и 
другого 
производОбработка сточных вод, отходы горных разработок, токсичные отходы, 
отходы 
агропромышленного 
комплекса, нефтяные разливы и т. д.
ственного
оборудоваРисунок 1 – Возможности использования биотехнологии (Тейлор Д. и др., 2005) 
(представленная классификация является условной, различные направления 
могут перекрываться)
В 2015 году опубликованы рабочие материалы Евразийской 
экономической комиссии, в которых они указывают причины стремительного развития биотехнологии, обусловленные рядом ее особенностей:
– биотехнологическое производство является наукоемким производством, а это значит, что его развитие влечет за собой существенное повышение эффективности экономики;
– в сфере биотехнологий трудно разграничить фундаментальные 
исследования, с одной стороны, и прикладные – с другой. Это находит свое выражение в том, что в биотехнологии практически отсут7

ствует временной разрыв между получением фундаментального результата и разработкой технологий, позволяющих осуществить его 
практическое освоение;
– технологии, основанные на использовании клеток и биологических молекул, предоставляют большие возможности в использовании природного разнообразия, результаты фундаментальных биотехнологических исследований обладают относительно хорошей программируемостью и потенциальной практической важностью;
– биотехнология обеспечивает возможность замены невозобновляемых ресурсов возобновляемыми, поэтому она расценивается как 
средство разрешения проблем, связанных с дефицитом невозобновляемых природных ресурсов (http://www.eurasiancommission.org/ru).
Биотехнология формировалась вместе с развитием человеческого общества. В связи с этим этапы развития биотехнологии ученые 
условно делят на несколько периодов. В 1984 году на III съезде Европейской ассоциации биотехнологов в Мюнхене голландский ученый 
Е. Хаувинк предложил разделить историю биотехнологии в зависимости от содержания открытий на пять эр (этапов) (Сассон А., 1985; 
Бекер М.Е., 1990).
Допастеровская эра (I) (до 1865 года) – использование спиртового и молочнокислого брожения при получении пива, вина, сыра, 
хлеба. Получение ферментированных продуктов и уксуса (cм. приложение).
Послепастеровская эра (II) (1866–1940 гг.) – производство 
этанола, бутанола, ацетона, глицерина, органических кислот, вакцин. 
Аэробная очистка канализационных вод. Производство кормовых 
дрожжей из углеводов.
Эра антибиотиков (III) (1941–1960 гг.) – производство пенициллина и других антибиотиков путем глубинной ферментации. 
Культивирование растительных клеток и вирусных вакцин.
Эра управляемого биосинтеза (IV) (1961–1975 гг.) – производство аминокислот с помощью микробных мутантов. Получение чистых ферментов. Анаэробная очистка сточных вод.
Эра новой биотехнологии (V) (после 1975 года) – использование генной и клеточной инженерии в целях получения агентов биосинтеза, получение гибридов, моноклональных антител, трансплантация эмбрионов. Достижения ученых в разрезе этапов развития биотехнологии приведены в приложении. 
8

Некоторые ученые возникновение, становление и развитие биотехнологии подразделяют на четыре периода:
Эмпирический (доисторический) (I) – охватывает примерно 
8 000 лет, из которых более 6 000 лет до н. э. и около 2 000 лет н. э. 
Для этого периода характерно так же, как и для допастеровской эры,
получение кисломолочных продуктов, квашеных овощей, медовых 
алкогольных напитков и силосование кормов.
Этиологический (II) – включает вторую половину XIX века и 
первую треть XX века. Тесно связан с исследованиями Луи Пастера, 
который установил и доказал микробную природу брожения, создал 
научные основы вакцинопрофилактики.
Биотехнологический (III) (1933–1972 гг.) – начало внедрения 
крупномасштабного герметизированного оборудования, обеспечивающего проведение процессов в стерильных условиях.
Геннотехнический (IV) – с 1972 года, когда П. Берг создал 
первую рекомбинантную молекулу ДНК (Тихонов В.И. и др., 2005).
Достижения биотехнологии применяются во многих отраслях:
– сельское хозяйство – разработка трансгенных агрокультур, 
получение трансгенных животных, разработка бактериальных удобрений, биологических средств защиты растений, создание кормовых 
препаратов из растительной, микробной биомассы и отходов сельскохозяйственного производства, репродукция животных на основе 
эмбриогенетических методов;
– медицина и ветеринария – разработка медицинских биопрепаратов, моноклональных антител, диагностикумов, вакцин, развитие 
иммунобиотехнологии;
– промышленность (пищевая, фармацевтическая, химическая,
нефтегазовая) – использование биосинтеза и биотрансформации новых веществ на основе сконструированных штаммов бактерий и
дрожжей с заданными свойствами;
– экология – повышение эффективности защиты растений, разработка экологически безопасных технологий очистки сточных вод, 
утилизация отходов агропромышленного комплекса, ликвидация аварий нефти, конструирование экосистем;
– энергетика – применение новых источников биоэнергии, полученных на основе микробиологического синтеза, биоконверсии 
биомассы в биогаз (Егорова Т.А. и др., 2008).
9

2. Объекты и методы в биотехнологии
Одним из терминов в биотехнологии является понятие «биосистемы» (Тихонов В.И. и др., 2005). Обобщенные характеристики биологической (живой) системы могут быть сведены к трем присущим 
им основным признакам:
1. Живые системы являются гетерогенными открытыми системами, которые обмениваются с окружающей средой веществами и 
энергией.
2. Эти системы являются самоуправляемыми, саморегулирующимися, идактивными, т. е. способными к обмену информацией с 
окружающей средой для поддержания своей структуры и управления 
процессами метаболизма.
3. Живые системы являются самовоспроизводящимися (клетки, 
организмы) (Мамонтов С.Г., 2006).
По структуре биосистемы делятся на элементы (подсистемы), 
связанные между собой, и характеризуются сложной организацией:
атомы, молекулы, органеллы, клетки, организмы, популяции, сообщества.
В качестве биологических объектов или систем в биотехнологии 
используют одноклеточные микроорганизмы, а также животные и 
растительные клетки. Выбор этих объектов обусловлен следующими 
причинами:
1. Клетки являются своего рода биофабриками, вырабатывающими в процессе жизнедеятельности разнообразные ценные продукты: белки, жиры, углеводы, витамины, аминокислоты, антибиотики, 
гормоны, антитела, антигены, ферменты, спирты и пр. Многие из 
этих продуктов, необходимые в жизни человека, пока недоступны для 
получения небиотехнологическими способами из-за дефицитности, высокой стоимости сырья, сложности технологических процессов.
2. Клетки быстро воспроизводятся, например, при благоприятных условиях время генерации многих микроорганизмов колеблется 
от 20 до 30 минут, в проточной среде бактериальные клетки способны делиться каждые 15–18 минут.
3. Биосинтез сложных веществ, таких как белки, антибиотики, 
антигены, антитела и другие, значительно экономичнее и технологически доступнее, чем химический синтез. При этом исходное сырье 
для биосинтеза, как правило, дешевле и доступнее, чем сырье для 
других видов синтеза.
10