Биотехнологии

( 1 Голос )

Биотехнологии основаны на промышленном использовании естественных и целенаправленно создаваемых живых систем (микроорганизмов).

Научная база биотехнологий сформировалась во второй половине XX в. Продукты биотехнологий широко применяются в медицине, сельском хозяйстве. Благодаря успехам иммунологии и микробиологии получило развитие производство антибиотиков, вакцин. Методами биотехнологий получают кормовые белки, сырьем для которых служат некоторые фракции нефти, отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Существенное место в микробиологическом производстве занимают аминокислоты, витамины, удобрения, средства защиты растений. Современный этап биотехнологий связан с достижениями в области генной инженерии, клеточной инженерии, инженерной энзимологии.

Генная инженерия представляет собой раздел молекулярной биологии, который изучает закономерности формирования и функции нуклеиновых кислот и белков. Она включает систему методов создания искусственных генетических программ, что имеет ключевое значение для биотехнологий, так как необходимым условием решения биотехнологических задач является наличие высокопродуктивных штаммов микроорганизмов с заданными свойствами. Генная инженерия основана на введении гибридной молекулы ДНК, содержащей требуемые гены, в организмы для выработки необходимых белковых продуктов: ферментов, гормонов и др.

Биотехнологии картинка

С помощью генной инженерии освоено производство лекарственных белков, в частности интерферона, инсулина, человеческого гормона роста, сыворотки человеческого альбумина, которые применяются для лечения раковых, сердечно-сосудистых и костных заболеваний, сахарного диабета, эмфиземы, ожогов, шоков. Генная инженерия открывает широкие возможности генетического улучшения растений и животных, лечения наследственных болезней человека.

Клеточная инженерия основана на уникальном свойстве растительных клеток — их способности производить целые растения. Клеточная инженерия позволяет получать: биологически активные вещества из вы-. ращиваемых растений для нужд медицины, пищевой промышленности, парфюмерии (например, биохимические мутанты женьшеня, способные расти на средах без стимуляторов роста и витаминов, с высокой скоростью роста и высоким содержанием ценных веществ); растительную продукцию на основе применения клеточных и тканевых культур для быстрого клонального размножения и оздоровления растений путем прорастания в специальных условиях растений из их небольших частей (верхушек побегов, листа, стебля) или даже групп клеток с последующим размножением и высаживанием в почву полученного посадочного материала, свободного от грибковых, бактериальных и вирусных инфекций, что обеспечивает высокую урожайность и качество растений; новые формы и сорта растений путем гибридизации соматических клеток, что позволяет преодолевать естественный барьер межвидовой нескрещиваемости, недоступный для преодоления традиционными методами селекции, для чего в специальных условиях выделяют и сливают протопласты (клетки без стенок) обоих родительских растений, формируя гибридные клетки, способные регенерировать гибридное растение с признаками обоих родителей, а также совершенно новые организмы, ранее не существовавшие в природе.

Инженерная энзимология нацелена на создание различных ферментов, играющих роль биокатализаторов, которые обеспечивают специфичность и высокую скорость биохимических процессов, связанных с переработкой сельскохозяйственных, пищевых и бытовых отходов. Особое место отводится ферментам в производстве лекарственных препаратов для предупреждения и лечения атеросклероза, тромбозов, инфаркта миокарда и других тяжелых заболеваний сердечно-сосудистой системы. Благодаря высокой чувствительности и специфичности действия ферменты используются в качестве эффективных аналитических реагентов, применяемых в биосенсорах.

К новым биотехнологическим направлениям относятся биоэлектроника, биоинформатика, биоэнергетика.

Биоэлектроника и биоинформатика базируются на биочипах — сверхминиатюрных устройствах обработки и хранения информации на основе электронных процессов, протекающих в биоорганических молекулярных системах. Биоэлектроника тесно переплетается с наноэлектро-никой: наноэлектронные системы могут содержать биокомпоненты, в то время как биосистемы могут регулироваться наноэлектронными устройствами, нанозондами и нанодатчиками.

Разработка биочипов ведется в двух основных направлениях: 1) объединение кристаллических и биомолекулярных структур в единые системы, например, вживление кристаллических чипов в организм человека для поддержания его больных или ослабленных мест, контроля и коррекции их состояния, для частичной компенсации утраченного зрения или слуха; 2) создание систем, полностью основанных на принципах молекулярной электроники, т. е. принципах управления внутримолекулярными электронными процессами, например, использование молекул некоторых веществ (с учетом присущих им эффектов электронной проводимости) в качестве активных электронных компонентов — молекулярных переключателей, которые способны принимать состояния «включено»-«выключено» и тем самым составлять основу принципиально новых логических схем. Биочипы совмещают надежность и^ыстродействие твердотельной электроники с огромными информационными возможностями биоструктур, позволяющих более полно использовать интеллектуальные способности человека, укреплять и защищать здоровье, усиливать органы чувств, повышать эффективность взаимодействия человека с различными техническими устройствами.

Биоэнергетика ставит в качестве своей главной задачи создание возобновляемых за счет солнечной энергии источников энергии и сырья (в отличие от невозобновляемых, таких как уголь, нефть, газ, уран). В этом отношении весьма эффективными являются методы использования фототрофных микроорганизмов, преобразующих солнечное излучение в энергию химических связей; биофотолиз воды с получением водорода; метановое брожение с переработкой органического сырья (отходов животноводства, птицеводства, сточных промышленных и городских вод) в метан.

Биотехнологии картинка

Биотехнологии являются важной базой для развития экотехнологий, к которым относятся безотходные природосберегающие технологии, а также методы проектирования и создания особых экологических систем, основанных на использовании этих технологий.

Инновационные процессы в области биотехнологии имеют ряд особенностей, к которым относятся: междисциплинарный характер исследований и разработок и, как следствие, привлечение к их выполнению специалистов разных научно-технологических направлений; высокая степень коммерциализации фундаментальной науки, что проявляется в расширении масштабов инвестирования инновационных проектов на самой ранней стадии их реализации — стадии теоретических исследований; высокая степень комплексности и завершенности инновационных проектов, часто выполняемых разработчиками технологий в сотрудничестве с их потребителями.

Интенсивными разработками в области биотехнологий занимается небольшая группа наиболее развитых стран, прежде всего США, Великобритания, Германия, Япония. Среди фирм-лидеров в этой области стоит также небольшая группа международных химико-фармацевтических компаний, таких как «Монсанто», «Дюпон», «Доу Кемикл» (США), «Новартис», «Авентис», «Зенека» (Западная Европа).

О темпах развития биотехнологий свидетельствует, например, динамика роста площади, занимаемой трансгенными культурами: с 1,7 млн га в 1996 г. до 58,7 млн га в 2002 г. Основная часть посевов приходится на генетически модифицированную сою — 45%, хлопок — 20%, кукурузу — 11% и рапс — 11% в общемировом производстве. При этом почти все площади возделываемых генетически модифицированных культур приходятся на США, Канаду, Аргентину и Китай. Потребителями этих культур являются десятки стран мира.

Развитие бизнеса в области биотехнологий в 1990-е гг. сопровождалось, с одной стороны, организационно-технологической перестройкой химико-фармацевтических компаний, которые освобождались от второстепенных производств и создавали специализированные производства, в частности семеноводческие, и, с другой стороны, слиянием компаний, крупнейшими из которых являются слияния компаний «Сантос» (Испания) и «Сиба-Гайги» (Швейцария) в новую компанию «Новартис», «АгрЭво» (Германия) и «Рон Пуленк» (Франция) — в «Авентис». В последующем компании «Новартис» и «Зенека» слились в компанию «Син-гента», а компания «Авентис» была приобретена компанией «Байер», в результате чего образовалась новая фирма «Байер Кроп Сайенс».

В 1990-е гг. происходит формирование так называемых биотехнологических альянсов — новых организационно-управленческих структур. В таких структурах лидирующую роль играет крупная химико-фармацевтическая или семеноводческая компания, контактирующая с рядом специализированных биотехнологических фирм, которые, в свою очередь, связаны с научными учреждениями, в частности с университетскими лабораториями. При этом многие фирмы могут входить одновременно в различные альянсы в соответствии с характером разрабатываемых ими продуктов.

Как правило, биотехнологические разработки в индустриально развитых странах осуществляются при финансовой поддержке и государства, и частного сектора. Так, в США исследования в области биотехнологий финансируются федеральным Министерством сельского хозяйства, которое направляет финансовые средства в университеты, а также в научные центры самого Министерства. Кроме того, в финансировании этих исследований принимают участие и другие федеральные ведомства, такие как Национальный научный фонд, Национальный институт здоровья, НАСА, Министерство обороны, Министерство энергетики. Роль частного сектора в финансировании работ в области биотехнологий возрастает по мере развития таких технологий, которые обеспечивают быстрый коммерческий успех. Соответственно, в начале 1980-х гг. частный сектор расходовал на эти работы ежегодно около 3 млрд долларов, в начале 1990-х гг. — 4 млрд, в начале XXI в. — 4,5 млрд.

С конца 1970-х гг. на базе университетов создаются научно-производственные центры биотехнологических исследований, которые финансируются как государством, так и промышленными фирмами. Так, в США Национальный научный фонд создал 11 научных биотехнологических центров. Один из них, созданный при Корнельском университете в 1982 г., финансируется администрацией штата Нью-Йорк и тремя промышленными компаниями: «Юнион Карбайд», «Истмен Кодак» и «Дженерал фудс». В нем ведутся исследования в области регулирования пересадки генов, выведения трансгенных сортов сельскохозяйственных культур, получения вакцин для скота и птицы и др.

На рубеже XX и XXI вв. на пути развития ряда биотехнологических отраслей неожиданно начали появляться довольно серьезные проблемы. Во-первых, это проблема, связанная с подрывом доверия потребителей к генетически модифицированным продуктам питания, которые не получили признания, равноценного традиционным «нормальным» продуктам. Причиной тому явился ряд катастроф, связанных с безопасностью продовольствия, например, эпидемия «коровьего бешенства», повлекшая за собой коллапс индустрии мясного скотоводства. В результате возникли значительные ограничения на рост мирового потребительского рынка генетически модифицированных продуктов. Во-вторых, это проблема, связанная с отсутствием достаточно надежных методов разграничения генетически модифицированных и «нормальных» продуктов, о чем, например, свидетельствует скандал в США, вызванный проникновением в продовольственную сеть Бт-кукурузы, предназначенной для применения в виде кормов для животных.

Для решения первой проблемы правительства ряда европейских стран были вынуждены ввести мораторий-на ввоз и производство генетически модифицированных продуктов. Принят ряд законодательных актов, направленных на обеспечение условий полного информирования потребителей о содержании в продуктах питания генетически модифицированных компонентов. Некоторые международные компании, такие как «Макдоналдс» и «Фрито Лэй», объявили об отказе от использования генетически модифицированных продуктов в своих изделиях. Для решения второй проблемы требуется принятие мер по осуществлению эффективного контроля за проникновением генетически модифицированных продуктов в торговую сеть, что связано с дополнительными затратами, которые могут быть сопоставимы с совокупным эффектом от использования этих продуктов.

Эта статья из раздела-современные приоритеты научно-технологического развития, которая посвящена теме-биотехнологии. Надеюсь вы по достоинству оцените ее!

Интересное видео про иновации

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Как можно со мной связаться - spawnsanya@gmail.com
Copyright © 2011 Innovacii-Investicii.Ru
All Rights Reserved.