Производства продукции, основу получения которой составляют процессы, реализуемые различными микроорганизмами, называют биотехнологическими.

Применение микроорганизмов, как способа переработки различных химических соединений и их смесей в разные виды продукции, известно с глубокой древности. Так, дрожжевые грибки использовали в изготовлении хлеба, молочнокислые бактерии - для получения творога, сметаны и других молочнокислых продуктов и т. д. Однако, с современных позиций, получение хлеба, этилового спирта за счет спиртового брожения, уксуса, вина, молочнокислой продукции к биотехнологическим производствам не относят - эту продукцию получают на предприятиях пищевой промышленности. Современный термин «биотехнология» появился в 70-х гг. XX в. Он основан на успехах генетики, а именно - генетической, или генной, инженерии.

Генная инженерия - раздел молекулярной генетики, целенаправленно разрабатывающий создание жизненных форм новых комбинаций генетического материала, который способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать необходимые человеку продукты обмена в форме различных химических соединений.

Принцип генной инженерии состоит в том, что первоначально выделяют рестриктазы - особые ферменты (биокатализаторы белковой природы), которые рассекают молекулу ДНК на строго определенные фрагменты по определенным местам, а затем эти фрагменты «сшиваются» с помощью других ферментов - ДНК-лигаз, в результате чего возникает рекомбинативная ДНК, которая выделяется из исходной системы и внедряется в клетку, называемую клетка-хозяин. В этих клетках рекомбинированная молекула ДНК размножается, на ней синтезируется информационная РНК, а на последней - молекулы белка, которые являются целевым продуктом для конкретного производства.

Процесс получения новых генов и их размножение называется клонированием генов. Его можно осуществлять и механическим дроблением исходной ДНК, однако структурные гены часто получают их синтезом за счет химико-биологических реакций или за счет получения ДНК-копий соответствующих информационных РНК. При клонировании получают «структурные гены», которые несут только информацию о структуре соответствующего белка и не могут функционировать ни в клетке-хозяине, ни в исходной культуре. Функциональные свойства рекомбинированной ДНК (ДНК, содержащей структурный, синтезированный ген) придает вектор, содержащий участки начала синтеза и регуляторные участки молекулы ДНК. Векторы получают из плазмид бактерии кишечной палочки и других бактерий. В качестве клетки-хозяина используют кишечную палочку, дрожжи, животные и растительные клетки.

Известны три пути селекции рекомбинативной ДНК:

1. Генетический - по маркерам с помощью избирательных сред;

2. Иммунохимический - используется химико-биологический синтез генов;

3. Гибридизационный - с меченными ДНК.

В результате процессов, применяемых в генной инженерии, получены клоны многих генов рибосомальных и транспортных РНК, глобин (белок) мыши, кролика, человека, инсулина человека и т. д. Использование генной инженерии в селекции микроорганизмов сделало возможным получение новых штаммов нужных человеку микроорганизмов. Генная инженерия является теоретической основой современных биотехнологических производств.

К биотехнологическим производствам относят крупнотоннажное получение пищевых белков, являющихся кормовыми добавками для животных, различных аминокислот, используемых в медицинских целях, инсулина, пенициллина и других антибиотиков, а также ферментов, гормонов и других биологически активных химических соединений.

Биотехнологически получают иммобилизованные ферменты (энзимы, обладающие повышенной устойчивостью к факторам, изменяющим нативную, т. е. «живую» структуру белковой части молекулы этого фермента). К важнейшим биотехнолгическим производствам относится и получение «биогаза», являющегося энергетическим сырьем, а также осуществление биологической очистки сточных вод.

Как и любые производственные комплексы, биотехнологические производства характеризуются определенными технологическими процессами, реализуемыми на предприятиях. В различных биотехнологических предприятиях используется сырье, получается специфическая готовая продукция и образуются побочные продукты и отходы производства, которые определенным образом воздействуют на природные экологические процессы и здоровье человека. На этих предприятиях применяют транспортные средства для перемещения веществ как на данном предприятии, так и за его пределами, следовательно, следует учитывать их воздействие при оценке влияния данного биотехнологического производственного комплекса на экологические свойства конкретного региона. В характеристику экологического воздействия таких предприятий следует включать и особенности влияния строительного комплекса (при проведении ремонтно-строительных работ), а также предприятий массового питания.