Šiuolaikiniai biotechnologijų pasiekimai. Biotechnologijos šiuolaikiniame pasaulyje ir žmogaus gyvenime. Technologijos ir biotechnologijos

Biologinės technologijos (biotechnologijos) užtikrina kontroliuojamą naudingų produktų gamybą įvairiose sritysežmogaus veikla, pagrįsta įvairaus organizuotumo ir sudėtingumo biologinių veiksnių ir sistemų – mikroorganizmų, virusų, augalų ir gyvūnų ląstelių bei audinių, taip pat tarpląstelinių medžiagų ir ląstelių komponentų – katalizinio potencialo panaudojimu.

Biotechnologijų plėtrą ir transformaciją lemia esminiai pokyčiai, įvykę biologijoje per pastaruosius 25–30 metų. Šie renginiai buvo pagrįsti naujomis idėjomis molekulinės biologijos ir molekulinės genetikos srityje. Kartu pažymėtina, kad biotechnologijų raida ir pasiekimai yra glaudžiai susiję su ne tik biologijos, bet ir daugelio kitų mokslų žiniomis.

Biotechnologijų praktinės sferos plėtimąsi lemia ir socialiniai-ekonominiai visuomenės poreikiai. Tokie dabartines problemas, su kuriomis susiduria žmonija ant XXI amžiaus slenksčio, pvz., švaraus vandens ir maistinių medžiagų (ypač baltymų) trūkumas, tarša aplinką, žaliavų ir energijos išteklių trūkumas, poreikis gauti naujų, aplinkai nekenksmingų medžiagų, sukurti naujas diagnostikos ir gydymo priemones, negali būti išspręstas tradiciniais metodais. Todėl, siekiant užtikrinti žmogaus gyvybės palaikymą, pagerinti gyvenimo kokybę ir jo trukmę, vis labiau reikia įsisavinti iš esmės naujus metodus ir technologijas.

Mokslo ir technologinės pažangos raida kartu su materialinių ir energetinių išteklių spartos didėjimu, deja, veda prie biosferos procesų disbalanso. Užteršti miestų vandens ir oro baseinai, susilpnėjusi biosferos reprodukcinė funkcija, dėl besikaupiančių technosferos aklavietės produktų sutrinka globalūs biosferos cirkuliacijos ciklai.

Spartų žmonijos šiuolaikinės mokslo ir technikos pažangos tempą vaizdžiai apibūdino šveicarų inžinierius ir filosofas Eichelbergas: „Manoma, kad žmonijos amžius yra 600 000 metų. Įsivaizduokime žmonijos judėjimą 60 km maratono pavidalu, kuris, kažkur prasidėjęs, eina link vieno iš mūsų miesto centro, tarsi link finišo... Didžioji distancijos dalis bėga labai sunkiu keliu – per pirmykščius miškus, o mes apie tai nieko nežinome, nes tik pačioje pabaigoje, 58-59 km bėgime, kartu su primityviais įrankiais randame urvų piešinius kaip pirmuosius kultūros ženklus, o tik š. paskutiniame kilometre atsiranda žemdirbystės ženklų.

Likus 200 m iki finišo pro romėnų įtvirtinimus veda akmens plokštėmis dengtas kelias. Už 100 metrų bėgikus supa viduramžių miesto pastatai. Liko 50 metrų iki finišo tiesiosios, kur stovi žmogus, protingomis ir supratingomis akimis stebintis bėgikus – tai Leonardo da Vinci. Liko 10 m. Jie prasideda deglų šviesoje ir prastai apšviečiant aliejines lempas. Tačiau metant paskutinius 5 metrus įvyksta stulbinantis stebuklas: naktinį kelią užlieja šviesa, pro šalį bėga vežimai be traukos gyvūnų, ore triukšmauja automobiliai, o nustebusį bėgiką apakina foto ir televizijos prožektorių šviesa. kameros...“, t.y. per 1 m žmogaus genijus daro stulbinamą šuolį mokslo ir technologijų pažangos srityje. Tęsdami šį vaizdą, galime pridurti, kad bėgikui artėjant prie finišo, termobranduolinė sintezė prisijaukinama, jie pradeda erdvėlaivių, genetinis kodas buvo iššifruotas.

Biotechnologijos yra mokslo ir technologijų pažangos bei žmogaus gyvenimo kokybės gerinimo pagrindas

Biotechnologijos, kaip žinių sritis ir dinamiškai besivystantis pramonės sektorius, yra skirtos spręsti daugelį esminių mūsų laikų problemų, kartu užtikrinant pusiausvyros išsaugojimą santykių sistemoje „žmogus – gamta – visuomenė“, nes biologinės technologijos (biotechnologijos), paremtos apie gyvų būtybių potencialo panaudojimą, pagal apibrėžimą yra nukreipti į žmogaus draugiškumą ir harmoniją su jį supančiu pasauliu. Šiuo metu biotechnologijos skirstomos į keletą reikšmingiausių segmentų: tai „balta“, „žalia“, „raudona“, „pilka“ ir „mėlyna“ biotechnologija.

„Baltoji“ biotechnologija apima pramoninę biotechnologiją, orientuotą į anksčiau chemijos pramonėje gaminamų produktų – alkoholio, vitaminų, aminorūgščių ir kt. – gamybą (atsižvelgiant į išteklių tausojimo ir aplinkosaugos reikalavimus).

Žalioji biotechnologija apima svarbią sritį žemės ūkis. Tai tyrimai ir technologijos, kurių tikslas – sukurti biotechnologinius metodus ir preparatus, skirtus kovai su kultūrinių augalų ir naminių gyvūnų kenkėjais ir patogenais, kurti biotrąšas, didinti augalų produktyvumą, įskaitant genų inžinerijos metodus.

Raudonoji (medicininė) biotechnologija yra reikšmingiausia šiuolaikinės biotechnologijos sritis. Tai diagnostikos ir vaistų gamyba naudojant biotechnologinius metodus, naudojant ląstelių ir genų inžinerijos technologijas (žaliąsias vakcinas, genų diagnostiką, monokloninius antikūnus, audinių inžinerijos projektus ir produktus ir kt.).

Pilka biotechnologija kuria technologijas ir vaistus, apsaugančius aplinką; tai dirvožemio melioracija, nuotekų ir dujų bei oro emisijų valymas, pramoninių atliekų šalinimas ir toksinių medžiagų skaidymas naudojant biologinius veiksnius ir biologinius procesus.

Mėlynoji biotechnologija daugiausia orientuota į efektyvų vandenynų išteklių naudojimą. Visų pirma, tai jūros biotos panaudojimas maistui, techninėms, biologiškai aktyvioms ir vaistinėms medžiagoms gauti.

Šiuolaikinės biotechnologijos yra viena iš prioritetinių visų išsivysčiusių šalių nacionalinės ekonomikos sričių. Biotechnologinių produktų konkurencingumo didinimo būdas pardavimo rinkose yra vienas pagrindinių bendroje biotechnologijų plėtros pramoninėse šalyse strategijoje. Stimuliuojantis veiksnys yra specialiai priimtos vyriausybės programos, paspartinančios naujų biotechnologijų sričių plėtrą.

Valstybinės programos numato neatlygintinų paskolų investuotojams išdavimą, ilgalaikes paskolas, mokesčių lengvatas. Kadangi pagrindiniai ir tiksliniai tyrimai tampa vis brangesni, daugelis šalių siekia perkelti svarbius mokslinius tyrimus už nacionalinių sienų.

Kaip žinoma, MTEP projektų sėkmės tikimybė apskritai neviršija 12-20%, apie 60% projektų pasiekia techninio užbaigimo etapą, 30% – komercinę plėtrą ir tik 12% yra pelningi.

Biologinių technologijų tyrimų ir komercializavimo JAV, Japonijoje, ES šalyse ir Rusijoje ypatumai

JAV. Pagal biotechnologinių produktų pramoninę gamybą, pardavimų apimtis, užsienio prekybos apyvartą, asignavimus ir MTEP mastą biotechnologijoje pirmaujančią vietą užima JAV, kurių plėtrai skiriamas didelis dėmesys. šią kryptį. Iki 2003 m. šiame sektoriuje dirbo per 198 300 žmonių.

Asignavimai šiam mokslo ir ekonomikos sektoriui JAV yra dideli ir siekia daugiau nei 20 mlrd. JAV kasmet. JAV biotechnologijų pramonės pajamos išaugo nuo 8 mlrd. 1992 metais iki 39 milijardų dolerių. 2003 metais

Šiai pramonei skiriamas didelis vyriausybės dėmesys. Taigi, formavimosi laikotarpiu naujausia biotechnologija ir jos krypčių, susijusių su manipuliavimu, atsiradimą genetinė medžiaga, aštuntojo dešimtmečio viduryje. praėjusiame amžiuje JAV Kongresas skyrė didelis dėmesys saugumo klausimais genetiniai tyrimai. Vien 1977 metais buvo surengti 25 specialūs posėdžiai ir priimta 16 įstatymų projektų.

90-ųjų pradžioje. dėmesys nukrypo į priemonių, skatinančių praktinį biotechnologijų panaudojimą naujų produktų gamybai, kūrimą. Biotechnologijų plėtra JAV siejama su daugelio esminių problemų sprendimu: energijos, žaliavų, maisto ir aplinkosaugos klausimais.

Tarp biotechnologinių sričių, kurios yra arti praktinio įgyvendinimo arba yra pramoninės plėtros stadijoje, yra šios:
- saulės energijos biokonversija;
- mikroorganizmų panaudojimas naftos išeigai didinti ir spalvotųjų bei retųjų metalų išplovimas;
- sukurti štamus, kurie gali pakeisti brangius neorganinius katalizatorius ir pakeisti sintezės sąlygas, kad būtų gauti iš esmės nauji junginiai;
- bakterinių augalų augimo stimuliatorių naudojimas, keičiant javų genotipą ir jų prisitaikymą prie nokimo ekstremaliomis sąlygomis (be arimo, laistymo ir trąšų);
- nukreipta biosintezė efektyviai tikslinių produktų (amino rūgščių, fermentų, vitaminų, antibiotikų, maisto priedų, farmakologinių vaistų) gamybai;
- naujų diagnostinių ir terapinių vaistų, pagrįstų ląstelių ir genų inžinerijos metodais, gavimas.

JAV lyderio vaidmenį lemia dideli vyriausybės ir privataus kapitalo asignavimai fundamentiniams ir taikomiesiems tyrimams. Nacionalinis mokslo fondas (NSF), Sveikatos ir žmogiškųjų paslaugų, Žemės ūkio, Energetikos, Chemijos, Maisto, Gynybos, Nacionalinės aeronautikos ir kosmoso administracijos (NASA) ir Vidaus reikalų departamentai atlieka pagrindinį vaidmenį finansuojant biotechnologijas. Asignavimai skiriami programiškai-tiksliniu principu, t.y. Mokslinių tyrimų projektai yra subsidijuojami ir sudaromos sutartys.

Tuo pačiu metu įsirengia didelės pramonės įmonės verslo santykiai su universitetais ir tyrimų centrais. Tai prisideda prie kompleksų susidarymo vienoje ar kitoje srityje, pradedant nuo pagrindiniai tyrimai prieš serijinę gaminio gamybą ir pristatymą į rinką. Ši „dalyvavimo sistema“ numato specializuotų fondų su atitinkamomis ekspertų tarybomis formavimą ir kvalifikuoto personalo pritraukimą.

Renkantis didelio komercinio poveikio projektus, tapo naudinga naudoti vadinamąją „suvaržymų analizę“. Tai leidžia gerokai sutrumpinti projekto įgyvendinimo laiką (vidutiniškai nuo 7-10 iki 2-4 metų) ir padidinti sėkmės tikimybę iki 80%. „Nurodytų apribojimų“ sąvoka apima potencialą sėkmingas pardavimas produktas ir pelno gavimas, metinės gamybos didinimas, produkto konkurencingumas, galima rizika pardavimo požiūriu, galimybė pertvarkyti gamybą atsižvelgiant į naujus pasiekimus ir kt.

Bendros JAV vyriausybės metinės išlaidos genų inžinerijos ir biotechnologijų tyrimams siekia milijardus dolerių. Privačių įmonių investicijos šiuos skaičius gerokai viršija. Vien diagnostinių ir priešvėžinių vaistų kūrimui kasmet skiriama keli milijardai dolerių. Tai daugiausia šios sritys: DNR rekombinacijos metodai, hibridų gamyba, monokloninių antikūnų gamyba ir naudojimas, audinių ir ląstelių kultūra.

Jungtinėse Amerikos Valstijose tapo įprasta, kad įmonės, anksčiau nesusijusios su biotechnologijomis, pradeda įsigyti esamų įmonių akcijų ir steigti savo biotechnologijų įmones (1.1 lentelė). Tai, pavyzdžiui, praktikuoja tokie chemijos gigantai kaip „Philips Petrolium“, „Monsanto“, „Dow Chemical“. Šiuo metu apie 250 chemijos įmonių yra suinteresuotos biotechnologijomis. Taigi JAV chemijos pramonės milžinė bendrovė „De Pont“ turi keletą biotechnologinių kompleksų, kurių vertė 85-150 tūkst. kuriame dirba 700-1000 žmonių.

Panašūs kompleksai sukurti ir Monsanto struktūroje, be to, šiuo metu iki 75% biudžeto (virš 750 mln. USD) skiriama biotechnologijų sričiai. Šių įmonių dėmesio centre – genetiškai modifikuoto augimo hormono, taip pat daugybės genetiškai modifikuotų vaistų, skirtų veterinarinei medicinai ir farmakologijai, gamyba. Be to, įmonės kartu su universitetu tyrimų centrai pasirašyti sutartis dėl bendrų MTEP.

1.1 lentelė. Didžiausi JAV koncernai ir farmacijos įmonės, gaminančios medicininius biotechnologinius vaistus

Yra nuomonė, kad viskas būtinas sąlygas parengė rizikos verslą, skirtą biotechnologijų formavimui ir plėtrai JAV. Didelėms įmonėms ir įmonėms rizikos verslas yra nusistovėjęs metodas, leidžiantis per trumpesnį laiką gauti naujų pokyčių, pritraukiant mažas įmones ir mažas komandas, o ne tai daryti savarankiškai.

Pavyzdžiui, 80-aisiais. „General Electric“, padedama mažų firmų, vien 1981 metais pradėjo įsisavinti biologiškai aktyvių junginių gamybą, jos rizikos asignavimai biotechnologijų srityje siekė 3 mln. Rizika, susijusi su mažomis įmonėmis, suteikia didelės įmonės ir korporacijos – ekonomiškai perspektyvių inovacijų, turinčių dideles komercines perspektyvas, atrankos mechanizmas.

N.A. Voinovas, T.G. Volova

Biotechnologija – tai sąmoninga žmogui reikalingų produktų ir medžiagų gamyba naudojant gyvus organizmus ir biologinius procesus.

Nuo neatmenamų laikų biotechnologijos daugiausia buvo naudojamos maisto ir lengvojoje pramonėje: vyno gamyboje, kepykloje, pieno produktų fermentacijoje, linų ir odos apdirbime, remiantis mikroorganizmų panaudojimu. IN paskutiniais dešimtmečiais Biotechnologijų galimybės labai išsiplėtė. Taip yra dėl to, kad jo metodai yra pelningesni už įprastinius dėl tos paprastos priežasties, kad gyvuose organizmuose fermentų katalizuojamos biocheminės reakcijos vyksta optimaliomis sąlygomis (temperatūra ir slėgis), yra produktyvesnės, draugiškesnės aplinkai ir nereikalauja cheminių medžiagų. reagentai, nuodijantys aplinką.

Biotechnologijos objektai yra daugybė gyvų organizmų grupių atstovų – mikroorganizmų (virusų, bakterijų, pirmuonių, mielių), augalų, gyvūnų, taip pat iš jų išskirtų ląstelių ir tarpląstelinių komponentų (organelių) ir net fermentų. Biotechnologija remiasi gyvose sistemose vykstančiais fiziologiniais ir biocheminiais procesais, kurių metu išsiskiria energija, medžiagų apykaitos produktų sinteze ir skaidymu, cheminių ir konstrukciniai komponentai ląstelės.

Pagrindinė biotechnologijų kryptis yra biologiškai aktyvių junginių (fermentų, vitaminų, hormonų), vaistų (antibiotikų, vakcinų, serumų, labai specifinių antikūnų ir kt.), taip pat vertingų junginių (pavyzdžiui, pašarų priedų) gamyba naudojant mikroorganizmus ir kultivuojamas eukariotų ląsteles. , nepakeičiamos aminorūgštys, pašarų baltymai ir kt.).

Genų inžinerijos metodai leido pramoniniais kiekiais sintetinti hormonus, tokius kaip insulinas ir somatotropinas (augimo hormonas), kurie yra būtini žmogaus genetinėms ligoms gydyti.

Viena iš svarbiausių šiuolaikinės biotechnologijos sričių taip pat yra biologinių metodų taikymas kovojant su aplinkos tarša (biologinis nuotekų valymas, užteršto dirvožemio ir kt.).

Taigi, norint išgauti metalus iš nuotekų, gali būti plačiai naudojamos bakterijų padermės, galinčios kaupti uraną, varį ir kobaltą. Kitos Rhodococcus ir Nocardia genčių bakterijos sėkmingai naudojamos naftos angliavandenilių emulgavimui ir sorbcijai. vandens aplinka. Jie gali atskirti vandens ir alyvos fazes, koncentruoti alyvą ir išvalyti nuotekas nuo alyvos priemaišų. Asimiliuodami naftos angliavandenilius tokie mikroorganizmai paverčia juos baltymais, B grupės vitaminais ir karotinais.

Kai kurios halobakterijų padermės sėkmingai naudojamos mazutui pašalinti iš smėlio paplūdimių. Taip pat buvo gautos genetiškai modifikuotos padermės, kurios gali skaidyti oktaną, kamparą, naftaleną ir ksileną ir efektyviai panaudoti žalią naftą.

Labai svarbu naudoti biotechnologinius metodus, apsaugančius augalus nuo kenkėjų ir ligų.

Biotechnologijos skinasi kelią į sunkiąją pramonę, kur mikroorganizmai naudojami gamtos ištekliams išgauti, konvertuoti ir apdoroti. Jau senovėje pirmieji metalurgai geležį gaudavo iš pelkių rūdų, kurias gamina geležies bakterijos, gebančios koncentruoti geležį. Dabar sukurti metodai, skirti daugelio kitų vertingų metalų – mangano, cinko, vario, chromo ir kt. – bakterinei koncentracijai. Šie metodai naudojami kuriant senų kasyklų ir prastų telkinių atliekų sąvartynus. tradiciniais metodais kasyba nėra ekonomiškai naudinga.

Biotechnologijos sprendžia ne tik specifines mokslo ir gamybos problemas. Ji turi globalesnę metodologinę užduotį – išplečia ir pagreitina žmogaus poveikio mastą laukinė gamta ir skatina gyvųjų sistemų prisitaikymą prie žmogaus egzistavimo sąlygų, t.y., noosferos. Taigi biotechnologijos veikia kaip galingas antropogeninės adaptacinės evoliucijos veiksnys.

Biotechnologijos, genetinė ir ląstelių inžinerija turi daug žadančių perspektyvų. Atsiradus vis daugiau naujų vektorių, žmonės juos naudos, kad į augalų, gyvūnų ir žmonių ląsteles įneštų reikiamus genus. Tai leis palaipsniui atsikratyti daugelio paveldimų žmonių ligų, priversti ląsteles sintetinti reikalingus vaistus ir biologiškai aktyvius junginius, o vėliau tiesiogiai baltymus ir nepakeičiamas aminorūgštis, naudojamus maiste. Naudodami gamtos jau įvaldytus metodus, biotechnologai tikisi fotosintezės būdu gauti vandenilį – aplinkai draugiškiausią ateities kurą, elektrą, ir įprastomis sąlygomis atmosferos azotą paversti amoniaku.

Praeitą savaitę Skolkovo mieste vykusios konferencijos „Startup Village“ lankytojai turėjo unikalią galimybę pažvelgti į artimiausią ateitį, kai žmonija, priversta persvarstyti savo mitybą, nemažą dalį baltymų pradės gauti iš vabzdžių.

Viename iš startuolių parodos stendų buvo musių lervų pašarinių baltymų gamintojai, atstovaujantys Lipecko bendrovei „New Biotechnologies“. Kol kas maistas skirtas gyvūnams, tačiau ateityje patiekalai iš vabzdžių, kaip matyti iš daugybės prognozių, nustos egzotika žmonių valgiaraštyje. Išskirtinėmis maistinėmis savybėmis pasižymintį produktą „Startup Village“ išdrįso išbandyti penki drąsuoliai. Svetainės korespondentas nedrįso pasekti jų pavyzdžiu, bet detaliai pasiteiravo ragautojų, koks bus ateities maisto skonis, o kartu sužinojo, kad, apsuptos augintojų šilumos ir rūpesčio, musės iš Lipecko tampa. daug vaisingesni nei jų artimieji.

Aleksejus Istominas su „New Biotechnologies“ produktais „Startup Village“. Nuotrauka: svetainė

„New Biotechnologies“ specializuojasi daug baltymų turinčio maisto gamyboje iš džiovintų ir susmulkintų žaliųjų blauzdų lervų, panašių į mechanizmą, kuriuo gamta dirbo milijonus metų. „Gyvūnai, žuvys, paukščiai dauginasi, maitinasi, palieka mėšlą ir išmatas, žūva, o gamta nenuilstamai visa tai apdoroja.. - Musės ant atliekų deda kiaušinėlius, iš kurių atsiranda lervos, kurios išskiria fermentus, greitinančius skilimo ir mineralizacijos procesus. atliekų. Tokiu atveju pačios lervos tampa maistu gyvūnams, žuvims ir paukščiams. O likęs substratas, veikiamas lietaus ir saulės, patenka į dirvą organinių trąšų pavidalu ir prisideda prie greito fitomasės, kuri taip pat yra visų gyvų dalykų maistas, augimo. Kitaip tariant, maistinės medžiagos yra perdirbamos, be jokių pesticidų ar nuodų. Tik ekologiška“.

Šį natūralų procesą pasiskolino bendrovė „New Biotechnologies“. Gauta biomasė, musių lervos, turi daug maistinių medžiagų. 50–70 % biomasės sudaro žali baltymai, 20–30 % – žali riebalai, 5–7 % – žalia ląsteliena.

Apibūdindamas teigiamą pašarinių baltymų (komercinis pavadinimas - „Zooprotein“) naudojimo įvairiuose žemės ūkio sektoriuose poveikį, Aleksejus Istominas buvo labai įtikinamas. „Kiaulininkystėje baltymų-lipidų koncentrato naudojimas mikrodozėmis kaip paršelių, kiaulių, šernų raciono priedas leidžia padidinti maisto virškinamumą bei natūralų organizmo atsparumą ligoms ir virusams, padidinti svorio prieaugį, aktyvumą ir. palikuonių“, – maisto iš musių lervų privalumus vardija p. Istominas. - Taip yra dėl to, kad „zooproteinuose“ yra daug fermentų, chitino, melanino ir imunomoduliatorių. Paukštininkystėje mūsų pašarų baltymų įtraukimas į viščiukų broilerių, kalakutų, ančių ir kitų naminių paukščių racioną gali padidinti dienos svorio padidėjimą ir sumažinti pašarų santykį. Vištų dedeklėms padidėja kiaušinių gamyba, padidėja organizmo atsparumas ligoms ir virusams, mažėja mirtingumas. Kailių ūkyje į audinių, arktinių lapių ir lapių pašarus įdėjus „Zooproteiną“, pagerėja kailių kokybė ir sumažėja atstumtų procentas. Gyvūnai turi didesnį kūno ilgį ir krūtinės apimtį, todėl iš jų galima gauti daugiau odų.

Iš kairės į dešinę: paruoštas maistas, džiovintos ir gyvos lervos. Nuotrauka: svetainė

Iš musių pagaminto maisto išvaizda patiks ir augintinių šeimininkams. Pasak Aleksejaus Istomino, „katėms ir šunims lengviau ruja ir lydymasis, padidėja raumenų tonusas ir aktyvumas, kailis tampa tankesnis; gyvūnai mažiau serga“. Į maistą dedant musių lervų baltymų, sveikesni tampa ir paukštiena, ryškėja jų spalva. Akvariumo žuvų mailius vystosi dvigubai greičiau, o jauniklių išgyvenamumas artėja prie 100%.

Stebuklinga technologija atsirado ne iš niekur – jos teoriniai pagrindai prieš pusę amžiaus buvo padėti Visasąjunginiame gyvulininkystės tyrimų institute, taip pat Novosibirsko valstybiniame žemės ūkio institute. Ten iš musių lervų pagaminti pašarų priedai buvo visapusiškai ištirti laboratorinėmis sąlygomis. Dabar darbas šia kryptimi tęsiamas Novosibirsko valstybiniame agrariniame universitete, pavadintame VNIIZH vardu. Gerai. Ernstas, Ekologijos ir evoliucijos institutas. A.N. Severtsova. Pasak Aleksejaus Istomino, baltyminių pašarų, gautų musių lervoms perdirbus atliekas, naudojimo efektyvumą, palyginti su kitais gyvūniniais baltymais (žuvies ir mėsos bei kaulų miltais), patvirtina tyrimai, atlikti Visos Rusijos tyrimų institute. Gyvulininkystės ir Visos Rusijos mokslinių tyrimų ir technologinio instituto paukštininkystės institutas. Pastebėtina, kad laikui bėgant šios technologijos aktualumas tik auga, nes pasaulis susiduria su dideliu gyvulinių baltymų trūkumu.

„Tai, kas mus vargina, kvepia ir kainuoja daug pinigų, gali padėti ir pasitarnauti šalies žemės ūkiui, atnešant papildomo pelno ir mažinant naštą aplinkai“

Naujųjų biotechnologijų bendrovė skaičiuoja 25 mln. tonų; Rusijoje toks pat skaičius yra 1 mln. tonų. Nuo 1961 metų pasaulio gyventojų skaičius išaugo daugiau nei dvigubai, o mėsos suvartojimas pasaulyje išaugo keturis kartus. Prognozuojama, kad iki 2030 m. gyvulinių baltymų suvartojimas pasaulyje padidės 50 proc. Iki šiol žemės ūkyje pagrindiniai jo šaltiniai yra žuvis (žuvų miltai) ir mėsos bei kaulų miltai. „Aukščiausios kokybės žuvų miltai atkeliauja iš Maroko, Mauritanijos ir Čilės, o jų vertė didėja proporcingai logistikos išlaidoms. Žuvies miltų kaina per pastaruosius 15 metų išaugo 8 kartus“, – statistika dalijasi Aleksejus Istominas. – Daugelis žemės ūkio produktų gamintojų atsisako kokybiškų importinių žuvų miltų, o į pigesnius ir prastesnės kokybės analogus, taip pat pereina prie mėsos ir kaulų miltų arba augalinių baltymų, ypač sojos. Augalinių baltymų naudojimas neleidžia pasiekti norimo rezultato - tokie baltymai reikalauja daug žemės išteklių ir negali visiškai pakeisti gyvūninės kilmės baltymų.

Naujųjų biotechnologijų projektas sulaukė ministro pirmininko pavaduotojo Arkadijaus Dvorkovičiaus ir Rostovo srities gubernatoriaus Vasilijaus Golubevo susidomėjimo. Nuotrauka: svetainė

Be ekonominių, šėrimo paradigmai keisti yra ir aplinkosauginės prielaidos. Taigi, norint pagaminti 1 toną miltų, reikia sugauti 5 tonas verslinės žuvies. Atsižvelgiant į tai, kad gyvulinių baltymų poreikis yra didelis, žuvų sugavimas pasiekė reikšmingą lygį (2015 m. – 170 mln. tonų). Ekosistema neturi laiko atgaminti žuvų išteklių jūrose. Gaminant vieną toną žuvų miltų į atmosferą išleidžiama beveik 11 tonų anglies dvideginio. Papildomos aplinkosaugos išlaidos šiuo atveju vertinamos 3,5 tūkst. Gaminant vieną toną miltų iš musių lervų, į atmosferą išmetama 5 kartus mažiau CO2. Tai reiškia, kad kiekviena pagaminta musės lervų baltymų tona išsaugo 5 tonas žuvų jūroje.

„Skonis neįprastas, nepanašus į nieką kitą. Tačiau šis baltymas stiprina imuninę sistemą ir skatina augimą raumenų masė»

Galvodami apie alternatyvius gyvūninių baltymų šaltinius, mokslininkai atkreipė dėmesį į vabzdžius. Planetoje yra daugiau nei 90 tūkstančių musių rūšių ir kiekviena iš jų minta tam tikromis atliekomis: augalinėmis medžiagomis, mėšlu/kraiku, maisto atliekomis ir kt. „Tai, kas mus vargina, kvepia ir reikalauja didelių sąnaudų – aplinkosaugos, finansinių, energijos – gali padėti ir padėti šalies žemės ūkiui, atnešant papildomo pelno ir mažinant naštą aplinkai“, – sako Aleksejus Istominas. Bent jau bandomoji „New Biotechnologies“ kompanijos gamyba Lipecke įrodo pažadą naudoti technologiją pramoninėmis sąlygomis.

Susmulkinta Liusė

Gerai žinomos metališkai žalios ryškios muselės Lucilia caesar (kompanijoje ši vabzdžių rūšis meiliai vadinama Lucy) yra laikomos specialiuose insektariumuose, gaminamuose Lipecke. Ten gyvena kelios dešimtys milijonų musių. Tai daugeliu atžvilgių unikalūs vabzdžiai. Norėdami pagerinti savo reprodukcinius gebėjimus, mokslininkai daugiau nei dvejus metus atliko kruopštų veisimo darbą, kryžmindami vabzdžius tam tikra technika. Jei gamtoje viena musė sukuria 60 kiaušinių sankabą, tai Lipecke vabzdžių sankaba (taigi ir lervų skaičius bei gaunamas maistas) yra vidutiniškai tris kartus didesnis. Naujųjų biotechnologijų specialistai neatlieka jokių genetinių manipuliacijų musėms, mes kalbame apie apie „tradicinę“ atranką, – tikina ponas Istominas, rodydamas į narvą, uždengtą ant stendo vabzdžių knibždėte, tęsia: „Vakar čia buvo tik 6 musės. vos per vieną dieną jų skaičius pasiekė kelis šimtus. Tai tapo įmanoma dėl teisingo lėlių, dar vadinamų puparia, vystymosi ciklo pasirinkimo. Sureguliavome ciklą taip, kad šiandien jų daug daugiau. Rytoj jų skaičius dar labiau išaugs. Šį procesą iš dalies sutrukdė netinkamas oras: optimali temperatūra lėliukui paversti musele yra apie 30 laipsnių. Nors naktį į „Startup Village“ kambarį buvo įnešami vabzdžiai, temperatūra ten buvo žemesnė.

Gamybos vietoje Lipecke musės turi visišką laisvę. Nuotrauka: „Naujos biotechnologijos“.

Gaminant Lipecke musės turi visišką laisvę, kur yra apsaugotos nuo nepalankių sąlygų ir streso. Musės laikomos specialiuose narvuose su vandeniu, cukrumi, pieno milteliais ir dėžėse su malta mėsa kur musės deda kiaušinius. Sankabos nuimamos kasdien. Gyventojų kokybę ir grynumą kontroliuoja vyriausiasis technologas. Tam parenkamos lervos, kurios specialiomis sąlygomis lėliukės ir laikomos lėliukių pavidalu šaldytuve. Jei reikia, lėliukės dedamos į insektariumo ląsteles, po kurio laiko iš jų išlenda musės.

Kai tik iš kiaušinėlių išnyra lervos, jos perkeliamos į darželį. Į specialius padėklus ant pjuvenų patalynės dedamas šėrimo substratas ir kiaušinių sankabos. Lervos yra labai nepavaldžios ir greitai auga, jų dydis padidėja iki 350 kartų per dieną. Penėjimo ir aktyvaus augimo laikotarpis yra 3-4 dienos. Tada užaugusios lervos išstumiamos. Taip vadinamas lervų atskyrimo nuo organinio substrato procesas. Po to biomasė išdžiovinama ir siunčiama saugoti.

Musės auga ant mėsos iš paukštyno, esančio netoli nuo bendrovės „Naujų biotechnologijų“ bandomosios gamybos. Lervos, auginamos ant paukštienos, turi didesnį maistinių medžiagų kiekį nei auginamos ant mėšlo ir išmatų. Tuo pačiu metu turi būti daug mėsos atsargų – norint pagaminti 1 kg „Zooproteino“, reikia užauginti 3,5 kg gyvų lervų, o tam reikia 10 kg mėsos atliekų.

Nuo 1961 metų pasaulio gyventojų skaičius išaugo daugiau nei dvigubai, o mėsos suvartojimas pasaulyje išaugo keturis kartus. Prognozuojama, kad iki 2030 m. gyvulinių baltymų suvartojimas pasaulyje padidės 50 proc.

„Vidutinis mirtingumas paukštynuose yra 5% visų gyvulių. Šios rūšies atliekos sukelia daug rūpesčių paukštynams. Tai yra aplinkosaugos (turite perdirbti), finansinės (reikia mokėti už išmetimą) ir organizacinės (surinkti, sandėliuoti, pristatyti, atsižvelgti) klausimai. Todėl mūsų metodo naudojimas yra efektyviausias tiesiogiai paukštyne, todėl paukštienos gamyba yra be atliekų“, – aiškino Aleksejus Istominas. – Apskritai, didėjant žemės ūkio gamybos apimčiai neišvengiamai didėja ir neigiamas poveikis aplinkai. Žemės ūkio ministerijos duomenimis, Rusijoje bendras žemės ūkio atliekomis užterštos žemės plotas viršija 2,4 mln. 2015 metais bendras tokių atliekų kiekis viršijo 380 mln. Šalyje praktiškai nėra žemės ūkio atliekų perdirbimo kultūros. Tokia produkcija skaičiuojama vienetais“.

Bandomoji gamyba Lipecke. Nuotrauka: „Naujos biotechnologijos“

Technologijos pramoninio diegimo sudėtingumą pirmiausia lemia administraciniai ir aplinkos veiksniai. „Užsienyje, ypač Kinijoje ir Indonezijoje, naudojamas baseino („atviras“) metodas“, – aiškina Istominas. – Mūsų sąlygomis tai nepriimtina, nes per savo gyvenimą lervos gamina daug amoniako. Mūsų projekte siūlomas „uždaras“ metodas, naudojant lopšelio spinteles muselėms, turinčias vietinę ištraukiamąją ventiliaciją, mikrobiologinį oro valymo filtrą, specialios sistemosžaliavų paruošimas, infraraudonųjų spindulių džiovinimas. Visa tai leidžia visiškai atitikti aplinkos saugos reikalavimus.“

Lervos yra labai nepavaldžios ir greitai auga, jų dydis padidėja iki 350 kartų per dieną. Nuotrauka: „Naujos biotechnologijos“

Dabar bendrovė „New Biotechnologies“ siekia įgyti Skolkovo gyventojo statusą. Komanda tikisi Fondo pagalbos daugiausia gaminių sertifikavimo srityje. Rusijoje nėra reglamentavimo sistemos, susijusios su atliekų apdorojimo technologijos naudojimo su musių lervomis reglamentavimu, todėl, sako Aleksejus Istominas, „turite būti rafinuotai“. Tuo pačiu metu reguliavimo institucijos nurodo produktų saugumą: Lipecko regioninė veterinarijos laboratorija atlieka gyvosios biomasės tyrimus, kad nustatytų salmonelių buvimą, paukščių psitakozės ir gripo sukėlėjų genomą, kiaušinius ir helmintų lervas. Išdžiovintoje musių lervų biomasėje nustatoma žalių baltymų masės dalis, žalių riebalų masės dalis, drėgmė ir toksiškumas. Tula tarpregioninėje veterinarijos laboratorijoje atliekami organinių zoohumuso trąšų tyrimai, siekiant nustatyti patogeninės floros buvimą. Kiekvieno tyrimo rezultatai yra dokumentuojami protokole.

Svetainės pašnekovas įsitikinęs: su vabzdžių baltymų skoniu artimiausiu metu susipažins ne tik gyvūnai, bet ir žmonės. Tokiam požiūriui pritaria vis daugiau specialistų. Taigi, prieš trejus metus JT maisto ir žemės ūkio organizacija paskelbė tyrimą, kuriame teigiama, kad vabzdžių vienu ar kitu laipsniu jau yra 2 milijardų žmonių racione. Ataskaitos autoriai ragino, kad susidorotų su badu ir aplinkos tarša, žmonija turėtų valgyti daugiau vabzdžių.

Be to, kaip liudija asmeninė patirtis Aleksejus Istominas, tai nėra taip baisu. Jau keletą mėnesių jis į rytinį kokteilį, pagamintą iš pieno, bananų ir kitų tradicinių ingredientų, deda šaukštą vabzdžių baltymų. „Skonis neįprastas, nepanašus į nieką kitą. Bet tai stiprina imuninę sistemą ir skatina raumenų augimą“, – sako Aleksejus.

Baklanovas Michailas ir 8 kiti kaip šis" data-format=" žmonių, kuriems tai patinka" data-configuration="Formatas=%3Ca%20class%3D%27kam patinka%27%3Žmonės%20kam%20patinka%20tai%3C%2Fa%3E" >

Paskaita apie biotechnologijas Nr.1

Įvadas į biotechnologijas. Aplinkosaugos, žemės ūkio, pramonės biotechnologijos.

Biotechnologinė baltymų, fermentų, antibiotikų, vitaminų, interferono gamyba.

Klausimas Nr.1

Nuo seniausių laikų žmonės biotechnologijas naudojo vyno gamyboje, aludaryje ar kepant. Tačiau procesai, kuriais grindžiamos šios pramonės šakos, ilgą laiką išliko paslaptingi. Jų prigimtis paaiškėjo tik XIX amžiaus pabaigoje ir XX amžiaus pradžioje, kai buvo sukurti mikroorganizmų auginimo ir pasterizacijos metodai, išskirtos grynos bakterijų ir fermentų linijos. Įvairioms technologijoms, labiausiai susijusioms su biologija, apibūdinti anksčiau buvo naudojami tokie pavadinimai kaip „taikomosios mikrobiologijos“, „taikomosios biochemijos“, „fermentų technologijos“, „bioinžinerijos“, „taikomosios genetikos“, „taikomosios biologijos“ pavadinimai. Tai lėmė atsiradimą nauja pramonė- biotechnologinis.

Prancūzų chemikas Louis Pasteur 1867 metais įrodė, kad fermentacija yra mikroorganizmų veiklos rezultatas. Vokiečių biochemikas Eduardas Buchneris patikslino, kad tai taip pat sukelia ekstraktas be ląstelių, kuriame yra fermentų, katalizuojančių chemines reakcijas. Grynų fermentų panaudojimas žaliavoms apdoroti davė impulsą zimologijai vystytis. Pavyzdžiui, alfa-amilazė reikalinga krakmolui skaidyti.

Pagaminta tuo pačiu metu svarbių atradimų besiformuojančios genetikos srityje, be kurios šiuolaikinė biotechnologija būtų neįsivaizduojama. 1865 m. austrų vienuolis Gregoras Mendelis supažindino Bruno gamtininkų draugiją su savo „Augalų hibridų eksperimentais“, kuriame apibūdino paveldimumo dėsnius. 1902 metais biologai Walteris Suttonas ir Theodore'as Boveri pasiūlė, kad paveldimumo perdavimas yra susijęs su medžiagų nešiotojais – chromosomomis. Jau tada buvo žinoma, kad gyvas organizmas susideda iš ląstelių. Vokiečių patologas Rudolfas Virchow papildo ląstelių teoriją principu „kiekviena ląstelė yra iš ląstelės“. O botaniko Gottliebo Haberlandto eksperimentai parodė, kad ląstelė gali egzistuoti dirbtinėje aplinkoje ir atskirai nuo kūno. Pastarojo eksperimentai leido atrasti vitaminų, mineralinių papildų ir hormonų vaidmenį.

Tada buvo žodis

Termino „biotechnologija“ gimimo metais laikomi 1919 m., kai buvo paskelbtas manifestas „Mėsos, riebalų ir pieno perdirbimo biotechnologijos stambiuose žemės ūkio ūkiuose“. Jos autorius – Vengrijos žemės ūkio ekonomistas, tuometinis maisto ministras Karlas Ereky. Manifeste buvo aprašytas žemės ūkio žaliavų perdirbimas į kitus maisto produktus naudojant biologinius organizmus. Ereki numatė naują žmonijos istorijos erą, šio metodo atradimą lygindamas su didžiausiomis praeities technologinėmis revoliucijomis: gamybinės ekonomikos atsiradimu neolito epochoje ir metalurgijos – bronzos amžiuje. Tačiau iki 1920-ųjų pabaigos biotechnologijos reiškė tiesiog mikroorganizmų naudojimą fermentacijai. 1930-aisiais išsivystė medicininė biotechnologija. 1928 metais Aleksandro Flemingo atrastas penicilinas, pagamintas iš Penicillium notatum grybų, pramoniniu mastu pradėtas gaminti jau praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje. O septintojo dešimtmečio pabaigoje ir septintojo pradžioje buvo bandoma maisto pramonę sujungti su naftos perdirbimo pramone. „British Petroleum“ sukūrė pašarų baltymų bakterinės sintezės iš naftos pramonės atliekų technologiją.

1953 m. buvo padarytas atradimas, kuris vėliau sukėlė biotechnologijų revoliuciją: Jamesas Watsonas ir Francisas Crickas iššifravo DNR struktūrą. O aštuntajame dešimtmetyje prie biotechnologinių metodų buvo įtrauktas manipuliavimas paveldima medžiaga. Pažodžiui per du dešimtmečius buvo atrastos visos reikalingos priemonės: buvo išskirta atvirkštinė transkriptazė - fermentas, leidžiantis „perrašyti“ genetinį kodą iš RNR atgal į DNR, buvo atrasti fermentai DNR pjaustymui, taip pat polimerazės grandinė. reakcija į pakartotinį atskirų DNR fragmentų dauginimąsi.

1973 metais buvo sukurtas pirmasis genetiškai rekombinantinis organizmas: genetinis elementas iš varlės buvo perkeltas į bakteriją. Prasidėjo genų inžinerijos era, kuri beveik iš karto baigėsi: 1975 metais Asilomaro mieste (JAV) tarptautiniame kongrese, skirtame rekombinantinių DNR molekulių tyrimams, pirmą kartą buvo išsakytas susirūpinimas dėl naujų technologijų panaudojimo.

„Ne politikai, religinės grupės ar žurnalistai skambino pavojaus varpais, kaip būtų galima tikėtis. Tai buvo patys mokslininkai“, – prisiminė vienas iš konferencijos organizatorių, rekombinantinių DNR molekulių kūrimo pradininkas Paulas Bergas. „Daugelis mokslininkų baiminosi, kad viešos diskusijos sukels nepagrįstus molekulinės biologijos apribojimus, tačiau jie skatino atsakingas diskusijas, kurios atvedė prie sutarimo. Kongreso dalyviai paragino paskelbti moratoriumą daugeliui potencialiai pavojingų tyrimų.

Tuo tarpu sintetinė biologija išsivystė iš biotechnologijų ir genų inžinerijos, kuri susijusi su naujų biologinių komponentų ir sistemų projektavimu bei esamų pertvarkymu. Pirmasis sintetinės biologijos požymis buvo dirbtinė pernešančios RNR sintezė 1970 m., o šiandien jau galima susintetinti ištisus genomus iš elementarių struktūrų. 1978 m. Genentech laboratorijoje sukonstravo E. coli bakteriją, kuri sintetina žmogaus insuliną. Nuo šio momento genetinė rekombinacija pagaliau pateko į biotechnologijų arsenalą ir laikoma beveik jos sinonimu. Tuo pačiu metu buvo atliktas pirmasis naujų genų perkėlimas į gyvūnų ir augalų ląstelių genomus. 1980 m. Nobelio premijos laureatas Walteris Gilbertas pareiškė: „Mes galime gauti medicininiais ar komerciniais tikslais beveik bet kokį žmogaus baltymą, galintį paveikti svarbias žmogaus kūno funkcijas.

1985 metais buvo atlikti pirmieji transgeninių augalų, atsparių herbicidams, vabzdžiams, virusams ir bakterijoms, lauko bandymai. Atsiranda augalų patentai. Molekulinė genetika pradeda klestėti, sparčiai vystosi tokie analizės metodai, kaip sekvenavimas, tai yra pirminės baltymų ir nukleorūgščių sekos nustatymas.

1995 m. į rinką buvo išleistas pirmasis transgeninis augalas (pomidoras Flavr Savr), o iki 2010 m. transgeniniai augalai buvo auginami 29 šalyse 148 mln. hektarų (10 % visos dirbamos žemės). 1996 metais gimė pirmasis klonuotas gyvūnas – avis Dolly. Iki 2010 metų buvo klonuota daugiau nei 20 gyvūnų rūšių: katės, šunys, vilkai, arkliai, kiaulės, muflonai.

Biotechnologijų sritys ir jos pagalba gauti produktai

Technologijos ir biotechnologijos

Technologijos- tai metodai ir būdai, naudojami tam tikram produktui gauti iš žaliavos (žaliavos). Labai dažnai vienam produktui gauti reikalingas ne vienas, o keli žaliavų šaltiniai, ne vienas būdas ar technika, o kelių seka. Visą technologijų įvairovę galima suskirstyti į tris pagrindines klases:

Fizinės ir mechaninės technologijos;

Cheminės technologijos;

Biotechnologija.

Fizinėse ir mechaninėse technologijosežaliava (žaliavos) gaminio gavimo procese keičia savo formą ar agregacijos būseną, nekeičiant cheminės sudėties (pvz., medienos apdirbimo technologija medinių baldų gamybai, įvairūs metalo gaminių gamybos būdai: vinys, mašina). dalys ir pan.).

Cheminėse technologijose gaminio gavimo procese keičiasi žaliavų cheminė sudėtis (pavyzdžiui, iš gamtinių dujų gaminamas polietilenas, iš gamtinių dujų ar medienos – alkoholis, iš gamtinių dujų – sintetinis kaučiukas).

Biotechnologiją kaip mokslą galima nagrinėti dviem laiko ir esminėmis dimensijomis: moderniąja ir tradicine, klasikine.

Naujausia biotechnologija (bioinžinerija) yra genų inžinerijos ir ląstelinių metodų bei technologijų mokslas, skirtas genetiškai transformuotų (modifikuotų) augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų kūrimui ir panaudojimui, siekiant suintensyvinti gamybą ir gauti naujų rūšių produktus įvairiems tikslams.

Tradiciškai, klasika Tam tikra prasme biotechnologiją galima apibrėžti kaip mokslą apie žemės ūkio ir kitų produktų gamybos, transportavimo, laikymo ir perdirbimo metodus ir technologijas naudojant įprastinius, netransgeninius (natūralius ir veislinius) augalus, gyvūnus ir mikroorganizmus, natūraliais ir dirbtiniais. sąlygomis.

Aukščiausias naujausių biotechnologijų pasiekimas yra genetinė transformacija, svetimų (natūralių ar dirbtinai sukurtų) donorų genų perkėlimas į augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų recipiento ląsteles, naujų ar sustiprintų savybių ir savybių turinčių transgeninių organizmų gamyba.

Biotechnologinių tyrimų tikslas- gamybos efektyvumo didinimas ir biologinių sistemų, kurias būtų galima panaudoti norint gauti tikslinį produktą, paieška.

Biotechnologijos leidžia atgaminti norimus produktus neribotais kiekiais, naudojant naujas technologijas, kurios leidžia perkelti genus į prodiuserines ląsteles arba į visą organizmą (transgeninius gyvūnus ir augalus), sintetinti peptidus, sukurti dirbtines vakcinas.

Pagrindinės biotechnologijų plėtros kryptys

Didelę įtaką žmonių gyvenimo lygiui gerinti turi biotechnologijos taikymo sričių plėtimas (1.2 pav.). Biotechnologinių procesų įdiegimas greičiausiai duoda rezultatų medicinoje, tačiau, daugelio ekspertų nuomone, pagrindinis ekonominis efektas bus pasiektas žemės ūkyje ir chemijos pramonėje.

Mikrogardelės, ląstelių kultūros, monokloniniai antikūnai ir baltymų inžinerija – tai tik keletas šiuolaikinių biotechnologinių metodų, naudojamų įvairiuose daugelio rūšių produktų kūrimo etapuose. Biologinių procesų molekulinės bazės supratimas leidžia žymiai sumažinti tam tikro produkto kūrimo ir gamybos paruošimo kaštus, taip pat pagerinti jo kokybę. Pavyzdžiui, žemės ūkio biotechnologijų įmonės, kuriančios atsparias vabzdžiams augalų veisles, gali išmatuoti apsauginio baltymo kiekį ląstelių kultūroje, neeikvodamos išteklių augindamos pačius augalus; Farmacijos įmonės gali naudoti ląstelių kultūras ir mikromatricas, kad patikrintų vaistų saugumą ir veiksmingumą, taip pat nustatytų galimą šalutinį poveikį ankstyvose vaistų kūrimo stadijose.

Genetiškai modifikuoti gyvūnai, kurių organizme vyksta procesai, atspindintys įvairių žmogaus ligų fiziologiją, pateikia mokslininkams visiškai adekvačius modelius, skirtus tam tikros medžiagos poveikiui organizmui tirti. Tai taip pat leidžia įmonėms nustatyti saugiausius ir efektyviausius vaistus anksčiau kuriant.

Visa tai rodo biotechnologijų svarbą ir plačias taikymo galimybes įvairiuose šalies ūkio sektoriuose. Kurioms sritims šioje srityje teikiamas didžiausias prioritetas? Pažiūrėkime į juos.

1. Biotechnologinės gamybos saugumo žmonėms ir aplinkai gerinimas. Būtina sukurti veikiančias sistemas, kurios veiktų tik griežtai kontroliuojamomis sąlygomis. Pavyzdžiui, biotechnologijoje naudojamos E. coli padermės neturi viršmembraninių struktūrų (apvalkalų); tokios bakterijos tiesiog negali egzistuoti už laboratorijų ar specialių technologinių įrenginių ribų. Daugiakomponentės sistemos, kurių kiekviena negali savarankiškai egzistuoti, taip pat turi padidintą saugumą.

2. Sumažinti žmonių pramoninių atliekų dalį. Pramoninės atliekos – tai jų šalutiniai produktai, kurių negali panaudoti žmonės ar kiti biosferos komponentai ir kurių naudojimas yra nuostolingas ar susijęs su tam tikra rizika. Tokios atliekos kaupiasi gamybinėse patalpose (teritorijose) arba patenka į aplinką. Reikėtų stengtis pakeisti „naudingo produkto/atliekų“ santykį naudingo produkto naudai. Tai pasiekiama įvairiais būdais. Pirmiausia reikia surasti atliekas naudinga programa. Antra, jie gali būti siunčiami perdirbti, sukuriant uždarą technologinį ciklą. Galiausiai, pati darbo sistema gali būti modifikuojama siekiant sumažinti atliekų kiekį.

3. Sumažinti energijos sąnaudas gaminant produktus, y., energiją taupančių technologijų diegimas. Esminis šios problemos sprendimas visų pirma įmanomas naudojant atsinaujinančius energijos šaltinius. Pavyzdžiui, metinis iškastinio kuro energijos suvartojimas yra panašus į visų Žemėje esančių fotosintetinių organizmų grynąją bendrąją produkciją. Norint paversti saulės energiją šiuolaikinėms elektrinėms prieinamomis formomis, kuriamos sparčiai augančių augalų energetinės plantacijos (taip pat ir korinio inžinerijos metodais). Gauta biomasė naudojama celiuliozei, biokurui ir vermikompostui gaminti. Visapusiška tokių technologijų nauda akivaizdi. Ląstelių inžinerijos metodų naudojimas nuolatiniam sodinamajai medžiagai atnaujinti užtikrina, kad per kuo trumpesnį laiką išaugtų daug augalų be virusų ir mikoplazmų; Tuo pačiu metu nereikia kurti motininių plantacijų. Sumažėja natūralių sumedėjusių augalų apželdinimo apkrova (jie iš esmės nukertami celiuliozei ir kurui gauti), sumažėja iškastinio kuro poreikis (apskritai tai nepalanku aplinkai, nes jį deginant susidaro per mažai oksiduotų medžiagų). Naudojant biokurą, susidaro anglies dioksidas ir vandens garai, kurie patenka į atmosferą, o vėliau juos rekombinuoja augalai energetinėse plantacijose.

4. Daugiakomponentinių augalų sistemų kūrimas.Žemės ūkio produktų kokybė labai pablogėja, kai naudojamos mineralinės trąšos ir pesticidai, kurie daro milžinišką žalą natūralioms ekosistemoms. Galima įveikti neigiamas žemės ūkio gamybos chemizavimo pasekmes įvairiais būdais. Visų pirma, būtina atsisakyti monokultūrų, t.y. riboto biotipų rinkinio (veislių, veislių, padermių) naudojimo. Monokultūros trūkumai buvo nustatyti XIX amžiaus pabaigoje; jie akivaizdūs. Pirma, monokultūroje didėja konkurenciniai kultūrinių organizmų santykiai; tuo pačiu monokultūra turi tik vienpusį poveikį konkuruojantiems organizmams (piktžolėms). Antra, yra selektyviai pašalinami mineraliniai mitybos elementai, o tai lemia dirvožemio degradaciją. Galiausiai monokultūra nėra atspari patogenams ir kenkėjams. Todėl per 20 a. ji buvo išlaikyta dėl išskirtinai didelio gamybos intensyvumo. Žinoma, intensyvių veislių (veislių, padermių) monokultūrų naudojimas supaprastina gamybos technologijos kūrimą. Pavyzdžiui, naudojant aukštųjų technologijų sukurtos tam tikram pesticidui atsparios augalų veislės, kurios gali būti naudojamos didelėmis dozėmis auginant šias veisles. Tačiau šiuo atveju kyla klausimas dėl tokios darbo sistemos saugumo žmogui ir aplinkai. Be to, anksčiau ar vėliau atsiras šiam pesticidui atsparių patogenų (kenkėjų) rasės.

Todėl būtinas sistemingas perėjimas nuo monokultūros prie daugiakomponentinių (polikloninių) kompozicijų, įskaitant skirtingus auginamų organizmų biotipus. Daugiakomponentėse kompozicijose turėtų būti skirtingų vystymosi ritmų organizmų, turinčių skirtingą požiūrį į fizikinių ir cheminių aplinkos veiksnių dinamiką, konkurentus, patogenus ir kenkėjus. Genetiškai nevienalytėse sistemose atsiranda kompensacinės skirtingų genotipų individų sąveikos, mažinančios intraspecifinės konkurencijos lygį ir automatiškai padidindamos kultivuojamų organizmų spaudimą konkuruojantiems kitų rūšių organizmams (piktžolėms). Patogenų ir kenkėjų atžvilgiu tokia nevienalytė ekosistema pasižymi kolektyviniu grupiniu imunitetu, kurį lemia daugelio atskirų biotipų struktūrinių ir funkcinių ypatybių sąveika.

5. Naujų vaistų kūrimas medicinai. Šiuo metu medicinos srityje vyksta aktyvūs tyrimai: kuriami įvairių rūšių nauji vaistai – tiksliniai ir individualūs.

Tiksliniai vaistai. Pagrindinės vėžio priežastys yra nekontroliuojamas ląstelių dalijimasis ir apoptozės sutrikimas. Vaistų, skirtų jiems pašalinti, veikimas gali būti nukreiptas į bet kurią iš šiuose procesuose dalyvaujančių molekulių ar ląstelių struktūrų. Funkcinės genomikos srityje atlikti tyrimai jau suteikė mums informacijos apie ikivėžinėse ląstelėse vykstančius molekulinius pokyčius. Remiantis gautais duomenimis, galima sukurti diagnostinius tyrimus, leidžiančius nustatyti molekulinius žymenis, signalizuojančius apie onkologinio proceso pradžią, kol nepasireiškia pirmieji matomi ląstelių anomalijos ar ligos simptomai.

Dauguma chemoterapinių vaistų yra skirti baltymams, dalyvaujantiems ląstelių dalijimuisi. Deja, tai žudo ne tik piktybines ląsteles, bet dažnai ir normalias besidalijančias organizmo ląsteles, tokias kaip kraujodaros sistemos ląstelės ir plaukų folikulai. Siekdamos išvengti šio šalutinio poveikio, kai kurios įmonės pradėjo kurti vaistus, kurie sustabdo sveikų ląstelių ląstelių ciklus prieš pat skiriant chemoterapinio preparato dozę.

Individualūs preparatai. Dabartinėje mokslo raidos stadijoje prasideda individualizuotos medicinos era, kurioje, siekiant efektyviausio vaistų vartojimo, bus atsižvelgiama į pacientų genetinius skirtumus. Naudojant funkcinės genomikos duomenis, galima nustatyti genetinius variantus, dėl kurių konkretūs pacientai yra jautrūs neigiamam kai kurių vaistų šalutiniam poveikiui ir jautrūs kitiems. Šis individualus gydymo metodas, pagrįstas žiniomis apie paciento genomą, vadinamas farmakogenomika.

Biotechnologija – tai pramoninis biologinių agentų ar jų sistemų panaudojimas vertingiems produktams gauti ir tikslinėms transformacijoms atlikti.

Biologiniai agentai šiuo atveju yra mikroorganizmai, augalų ar gyvūnų ląstelės, ląstelių komponentai (ląstelių membranos, ribosomos, mitochondrijos, chloroplastai), taip pat biologinės makromolekulės (DNR, RNR, baltymai – dažniausiai fermentai). Biotechnologijos taip pat naudoja viruso DNR arba RNR svetimiems genams perkelti į ląsteles.

Žmogus biotechnologijas naudojo daugybę tūkstančių metų: žmonės kepė duoną, virė alų, gamino sūrius naudodami įvairius mikroorganizmus, net nežinodami apie jų egzistavimą. Tiesą sakant, pats terminas mūsų kalboje atsirado ne taip seniai, vietoj jo buvo vartojami žodžiai „pramoninė mikrobiologija“, „techninė biochemija“ ir kt.

Bene seniausias biotechnologinis procesas buvo fermentacija naudojant mikroorganizmus. Tai patvirtina alaus gamybos proceso aprašymas, aptiktas 1981 m. kasinėjant Babilone ant tabletės, kuri datuojama maždaug VI tūkstantmečiu prieš Kristų. e.

III tūkstantmetyje pr. e. Šumerai gamino iki dviejų dešimčių alaus rūšių. Ne mažiau senoviniai biotechnologiniai procesai yra vyno gamyba, duonos kepimas, pieno rūgšties produktų gamyba. Tradicine, klasikine prasme, biotechnologija yra mokslas apie gamybos būdus ir technologijas įvairių medžiagų ir produktus, naudojant natūralius biologinius objektus ir procesus.

Terminas „naujoji“ biotechnologija, priešingai nei „senoji“ biotechnologija, vartojamas siekiant atskirti bioprocesus, naudojant genų inžinerijos metodus, nuo tradicinių bioprocesų formų. Taigi įprasta alkoholio gamyba fermentacijos procese yra „senoji“ biotechnologija, tačiau mielių panaudojimas šiame procese, patobulintas genų inžinerijos metodais, siekiant padidinti alkoholio išeigą, yra „nauja“ biotechnologija.

Biotechnologijos kaip mokslas yra svarbiausia šiuolaikinės biologijos dalis, kuri, kaip ir fizika, tapo XX amžiaus pabaigoje. vienas iš pirmaujančių pasaulio mokslo ir ekonomikos prioritetų.

Biotechnologijų tyrimų banga pasaulio moksle įvyko devintajame dešimtmetyje, tačiau, nepaisant tokio trumpo gyvavimo laikotarpio, biotechnologijos sulaukė didelio mokslininkų ir plačiosios visuomenės dėmesio. Remiantis prognozėmis, jau XXI amžiaus pradžioje biotechnologinės prekės sudarys ketvirtadalį visos pasaulinės produkcijos.

Kalbant apie modernesnius biotechnologinius procesus, jie yra pagrįsti rekombinantinės DNR metodais, taip pat imobilizuotų fermentų, ląstelių ar ląstelių organelių panaudojimu.

Šiuolaikinė biotechnologija – tai mokslas apie genų inžineriją ir ląstelių metodus, skirtus sukurti ir naudoti genetiškai transformuotus biologinius objektus, siekiant pagerinti gamybą arba gauti naujų rūšių produktus įvairiems tikslams.

Pagrindinės biotechnologijų kryptys

Tradiciškai galima išskirti šias pagrindines biotechnologijų sritis:

Biotechnologija maisto produktai;
- žemės ūkio preparatų biotechnologija;
- vaistų ir produktų, skirtų pramoniniam ir buitiniam naudojimui, biotechnologijos;
- vaistų biotechnologija;
- diagnostikos priemonių ir reagentų biotechnologija.

Biotechnologijos taip pat apima metalų išplovimą ir koncentravimą, aplinkos apsaugą nuo taršos, nuodingų atliekų skaidymą ir padidintą naftos išgavimą.

Biokuro krypties plėtra

Žemės augalija sudaro daugiau nei 1800 milijardų tonų sausosios medžiagos, o tai energetiškai prilygsta žinomoms mineralų energijos atsargoms. Miškai sudaro apie 68 % sausumos biomasės, žolės ekosistemos – apie 16 %, o pasėliai – tik 8 %. Sausoms medžiagoms paprasčiausias būdas pavertimas energija susideda iš degimo – jis suteikia šilumą, kuri savo ruožtu paverčiama mechanine arba elektros energija.

Kalbant apie žaliavą, šiuo atveju seniausias ir efektyviausias biomasės pavertimo energija būdas yra biodujų (metano) gamyba. Metano „fermentacija“ arba biometanogenezė yra seniai žinomas biomasės pavertimo energija procesas. Jis buvo atidarytas 1776 m. Volta, kuris nustatė metano buvimą pelkių dujose.

Maisto pramonės ir žemės ūkio gamybos atliekos pasižymi dideliu anglies kiekiu (barokėlių distiliavimo atveju 1 litras atliekų sudaro iki 50 g anglies), todėl jos geriausiai tinka metano „fermentacijai“, juolab kad kai kurie iš jų gaunami šiam procesui palankiausioje temperatūroje.

Jungtinių Tautų mokslo ir technologijų konferencija besivystančioms šalims (1979 m.) ir Azijos bei Ramiojo vandenyno šalių ekonominės ir socialinės komisijos ekspertai pabrėžė žemės ūkio programų, kuriose naudojamos biodujos, privalumus.

Pažymėtina, kad 38% iš 95 milijonų pasaulyje galvijų, 72% cukranendrių likučių ir 95% bananų, kavos ir citrusinių vaisių atliekų yra iš Afrikos šalių. Lotynų Amerika, Azijoje ir Artimuosiuose Rytuose. Nenuostabu, kad šiuose regionuose sutelkti didžiuliai metano „fermentacijos“ žaliavų kiekiai.

To pasekmė buvo kai kurių šalių, kurių ekonomika orientuota į žemės ūkį, orientacija į bioenergiją. Biodujų gamyba metano fermentacijos būdu yra vienas iš galimų energijos problemos sprendimų daugumoje besivystančių šalių kaimo vietovių.

Biotechnologijos gali labai prisidėti sprendžiant energetikos problemas taip pat gamindamos gana pigų biosintetinį etanolį, kuris, be to, yra svarbi žaliava mikrobiologinei pramonei gaminant maisto ir pašarų baltymus, taip pat baltyminius-lipidinius pašarus. preparatai.

Biotechnologijų pažanga

Biotechnologijos pagamino daug produktų sveikatos priežiūros, žemės ūkio, maisto ir chemijos pramonei. Be to, svarbu, kad daugelio jų nepavyktų gauti be biotechnologinių metodų. Ypač didelės viltys siejamos su bandymais panaudoti mikroorganizmus ir ląstelių kultūras siekiant sumažinti aplinkos taršą ir gaminti energiją.

Molekulinėje biologijoje biotechnologinių metodų naudojimas leidžia nustatyti genomo struktūrą, suprasti genų ekspresijos mechanizmą, modeliuoti ląstelių membranas, siekiant ištirti jų funkcijas ir kt.

Būtinų genų konstravimas naudojant genetinius ir ląstelių inžinerijos metodus leidžia kontroliuoti gyvūnų, augalų ir mikroorganizmų paveldimumą ir gyvybinę veiklą bei sukurti organizmus, pasižyminčius naujomis, žmogui naudingomis savybėmis, kurių anksčiau gamtoje nebuvo pastebėta.

Mikrobiologijos pramonė šiuo metu naudoja tūkstančius skirtingų mikroorganizmų padermių. Daugeliu atvejų jie pagerinami dėl sukeltos mutagenezės ir vėlesnės atrankos. Tai leidžia didelio masto įvairių medžiagų sintezę. Kai kuriuos baltymus ir antrinius metabolitus galima gauti tik kultivuojant eukariotų ląsteles. Augalų ląstelės gali būti daugelio junginių – atropino, nikotino, alkaloidų, saponinų ir kt.

Biochemijoje, mikrobiologijoje ir citologijoje neabejotinai svarbūs tiek fermentų, tiek ištisų mikroorganizmų, augalų ir gyvūnų ląstelių imobilizacijos metodai. Veterinarijoje plačiai naudojami biotechnologiniai metodai, tokie kaip ląstelių ir embrionų kultūra, in vitro oogenezė, dirbtinis apvaisinimas.

Visa tai rodo, kad biotechnologijos taps ne tik naujų maisto produktų ir vaistų, bet ir energijos bei naujų cheminių medžiagų, norimų savybių turinčių organizmų šaltiniu.

Vaizdo įrašas: biotechnologijos ir Naujos terapijos atsiradimas.