Что такое биотехнология: будущее уже наступило
В последнее десятилетие термин «биотехнология» все чаще появляется в заголовках новостей, а открытия в этой области становятся причиной для жарких споров. Действительно, свое наибольшее развитие наука получила именно в последние годы, и этому в большей степени способствовал технический прогресс, но в повседневной жизни биотехнология используется на протяжении многих веков.
История развития биотехнологии
С древнейших времен биотехнология применялась человеком для изготовления вина, в сыроварении и других вариантах приготовления пищи. Биотехнологический процесс, а именно брожение, использовался еще в древнем Вавилоне для производства пива. Об этом свидетельствуют найденные при раскопках записи на дощечках. Но, несмотря на активное использование этих методов, процессы, лежавшие в основе этих производств, оставались загадкой.
Луи Пастер в 1867 году говорил, что такие процессы, как сквашивание и брожение, есть ничто иное, как итог жизнедеятельности микроорганизмов. Эдуард Бухнер дополнил эти предположения, доказав, что катализатором является бесклеточный экстракт, который содержит ферменты, вызывающие химическую реакцию.
Позже были сделаны сенсационные по тем временам открытия, которые помогли сформировать данную науку в современном ее понимании:
Годом появления термина стал 1919, после публикации манифеста венгерским агроэкономистом Карлом Эреки. Основываясь на имеющиеся в то время данные, под термином биотехнология подразумевалось применение микроорганизмов для ферментации продуктов питания.
Но, как известно, самые интересные открытия совершаются на стыке знаний, в случае биотехнологии, объединились пищевая и нефтеперерабатывающая промышленность. В 1970 году на практике была опробована технология производства белка из отходов нефтепромышленности.
Что такое биотехнология: термин и основные виды
Биотехнология – наука о способах создания различных веществ с использованием естественных биологических компонентов, будь-то микроорганизмы, животные или растительные клетки. По сути, это манипулирование живыми клетками для получения определенных результатов.
Основными направлениями развития науки являются:
Биоинженерия – дисциплина, направленная на расширение знаний в области медицины (лечение, укрепление здоровья) и инженерии
Биомедицина – узкоспециализированный раздел медицины, который с теоретической точки зрения изучает строение человеческого организма, диагностику патологических состояний и возможности их коррекции. Раздел медицины, занимающийся контролем и лечением биологических систем живых организмов на молекулярном уровне, называется наномедициной.
Гибридизация — процесс получения гибридов (растений, животных). В основе лежит принцип получения одной клетки (устойчивой к тем или иным условиям) путем объединения других клеток.
Сейчас у нас уже есть средства необходимые для того, чтобы прожить достаточно долго до тех пор, пока мы не станем бессмертны. Можно агрессивно применять существующие знания, чтобы кардинально замедлить процессы старения, и оставаться в жизнеспособном состоянии до того момента, когда станут доступны совершенно радикальные терапии по продлению жизни с помощью био- и нанотехнологий.
Ray Kurzweil (изобретатель, футуролог)
Высшим достижением биотехнологии является генная инженерия. Генная инженерия – совокупность знаний и технологий получения РНК и ДНК, выделения генов из клеток, осуществление манипуляций с генами и введение их в другие организмы. Это «управление» геномом живого существа или растения с целью получения заданных свойств. Например, руководствуясь знаниями в области генной инженерии, китайские ученые планируют массово применять метод «исправления» генома людей с онкологическими заболеваниями. Однако, запускать полномасштабные проекты пока никто не спешит, т.к. на сегодняшний день невозможно спрогнозировать последствия для организма в долгосрочном периоде.
Особого внимания заслуживает клонирование. Под этим процессом понимают появление нескольких генетических идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения. На сегодняшний день были клонированы не только растения, но и несколько десятков видов животных (овцы, собаки, кошки, лошади). О фактах клонирования человека пока нет данных, хотя, по мнению ученых, с технической стороны – к процессу все готово. Именно эти разработки стали самыми противоречивыми и обсуждаемыми мировой общественностью. Дело не только в вероятности получения неполноценных людей, но и в этической и религиозной стороне вопроса.
Сфера применения
Принципы биотехнологических процессов внедряют в производство всех отраслей:
Основной целью клеточной инженерии является культивирование животных и растительных клеток. Открытия в области клеточной инженерии позволили контролировать и регулировать продуктивность, качество, устойчивость к заболеваниям новых форм и линий животных и растений.
Инвестиции и развитие
Хотя биотехнологию сложно назвать «молодой» наукой, именно сегодня она находится в начале своего развития. Направления и возможности, которые открываются благодаря развитию этих знаний, могут быть бесконечными. Могут, если получат должное финансирование и поддержку. Основными инвестиционными участниками направления являются сами инженеры и биотехнологии, и это вполне объяснимо. Сегодня предлагается не сам продукт, а скорее идея, и возможные методы ее реализации.
И для осуществления этой задумки нужны десятки и сотни экспериментов, опыты и дорогостоящее оборудование. Не каждый инвестор готов идти только за идеей, рискуя своими вложениями. Но ведь не все верили и в мобильную связь, а сегодня она повсюду.
На данный момент число крупных компаний, занимающихся биотехнологическими разработками, невелико. К таковым относятся:
По мнению экспертов, наиболее привлекательным направлением для инвестиций в биотехнологию являются компании, занимающиеся секвенированием. Это общее название методов, которые позволяют установить последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК. Расшифровка ДНК данных (секвенирование), дает возможность идентифицировать участки, которые отвечают за наследственные заболевания, и устранять их. Как только процесс будет доведен до совершенства, люди смогут не лечить симптомы, а избавляться от болезни. Это перевернет наше представление о диагностике, и принесет большие дивиденды тем, кто сумеет рассмотреть потенциал компании еще на этапе идеи.
Биотехнология: добро или зло?
Уже сегодня население планеты сталкивается с проблемой нехватки продуктов питания, и если численность людей продолжит расти, то в ближайшем будущем ситуация может стать критической. Знания о том, что такое биотехнология и как ее применять, помогают получать максимальные результаты урожайности, вне зависимости от внешних факторов. И эти достижения нельзя сбрасывать со счетов. Кроме того, неоспоримым доказательством пользы науки является изобретение антибиотиков, которые позволили контролировать, а в некоторых случаях и полностью искоренять, сотни болезней.
Но далеко не все оценивают науку однозначно. Существуют опасения, что отсутствие контроля может привести к необратимым последствиям. Например, уже сегодня продукты биотехнологии, такие как стероиды для спортсменов, становятся причиной для преждевременных сердечных патологий. В погоне за созданием супер-человека, победившего старость и болезни, общество рискует потерять свое естество.
Мы не остались жить в пещерах. Мы не остаемся в пределах нашей планеты. С помощью биотехнологии, генетического секвенирования, мы даже не собираемся ограничиваться рамками самой биологии.
Jason Silva (оратор, философ, телезвезда).
Развитие биотехнологии стало таким стремительным, что мировые государства столкнулись с проблемой отсутствия контроля на правовом уровне. Это стало причиной приостановления многих проектов, поэтому пока о клонировании человека и победе над смертью говорить преждевременно, и два конфронтационных лагеря могут беспрепятственно поддаваться философским размышлениям.
Биотехнология как наука и сфера производства
Понятие о биотехнологии, цели, задачи, этапы ее становления. Строение, физиология и биотехнология животных и растительных клеток. Требования, предъявляемые к биообъектам для реализации биотехнологических процессов. Медико-биотехнологические исследования.
| Рубрика | Медицина |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.05.2013 |
| Размер файла | 39,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
1. Понятие о биотехнологии, цели и задачи
В последние десятилетия мы стали свидетелями своеобразного бума, связанного с рождением и становлением современной биотехнологии. Речь идет о создании мобильной, высокоэффективной, компактной отрасли производства, базирующейся на самых последних достижениях биологической науки, прежде всего на методах генетической и клеточной инженерии.
Термином биотехнология обозначают преимущественно новые, промышленно важные пути биотрансформации различных веществ и живых организмов.
Биотехнология в переводе означает производство с помощью живых существ или технология живого.
Таким образом, биотехнология представляет собой область знаний, которая возникла и оформилась на стыке микробиологии, молекулярной биологии, генетической инженерии, химической технологии и ряда других наук. Рождение биотехнологии обусловлено потребностями общества в новых, более дешевых продуктах для народного хозяйства, в том числе медицины и ветеринарии, а также принципиально новых технологиях.
В качестве биологических объектов могут быть использованы организмы животных и человека (например, получение иммуноглобулинов из сывороток вакцинированных лошадей или людей; получение препаратов крови доноров), отдельные органы (получение гормона инсулина из поджелудочных желез крупного рогатого скота и свиней) или культуры тканей (получение лекарственных препаратов).
Однако в качестве биологических объектов чаще всего используют одноклеточные микроорганизмы, а также животные и растительные клетки. Выбор этих объектов обусловлен следующими причинами:
Клетки являются своего рода «биофабриками», вырабатывающими в процессе своей жизнедеятельности разнообразные ценные продукты (белки, жиры, углеводы, витамины, аминокислоты, антибиотики, гормоны, антитела, антигены, ферменты, спирты и др.). Эти продукты крайне необходимы в жизни человека, и пока недоступны для получения «небиотехнологическими» способами из-за сложности технологии процессов или экономической нецелесообразности, особенно в условиях крупномасштабного промышленного производства;
Клетки чрезвычайно быстро воспроизводятся, что позволяет за относительно короткое время искусственно нарастить на сравнительно дешевых и недефицитных питательных средах в промышленных масштабах огромные количества биомассы микробных, животных или растительных клеток;
Возможность проведения биотехнологического процесса в промышленных масштабах, т.е. наличие соответствующего технологического оборудования и аппаратуры, доступность сырья, технологии переработки и др.
Клетки животных и растений, микробные клетки в процессе жизнедеятельности (ассимиляции и диссимиляции) образуют новые продукты и выделяют метаболиты, обладающие разнообразными физико-химическими свойствами и биологическим действием. Обычно продукты жизнедеятельности одноклеточных организмов делят на 4 категории:
макромолекулы, которые синтезируются клетками в процессе выращивания: ферменты, токсины, антигены, антитела, пептидогликаны и др.;
Задачи, стоящие перед биотехнологией.
Поддержание и активизация путей обмена клеток, ведущих к накоплению целевых продуктов при заметном подавлении других реакций обмена у культивируемого организма.
Получение клеток и их составных частей для направленного изменения сложных молекул.
Углубление и совершенствование генетической инженерии, включающей рДНК-биотехнологию и клеточную инженерию, с целью получения особо ценных результатов в фундаментальных и прикладных разработках.
Создание безотходных и экологически безопасных биотехнологических процессов.
Совершенствование и оптимизация аппаратурного оснащения биотехнологических процессов с целью достижения максимальных выходов конечных продуктов при культивировании лекарственных видов с измененной наследственностью, полученными методами клеточной и генной инженерии.
Повышение технико-экономических показателей биотехнологических процессов по сравнению с существующими параметрами.
Человек использовал биотехнологию на протяжении многих тысяч лет: люди занимались пивоварением, пекли хлеб, придумали способы хранения и переработки продуктов путем ферментации (производство сыра, уксуса, соевого соуса), научились делать мыло из жиров, изготавливать простейшие лекарства и перерабатывать отходы. Однако только разработка методов генетической инженерии, основанных на создании рекомбинантных ДНК, привели к тому «биотехнологическому буму», свидетелями которого мы сейчас и являемся.
2. Этапы становления биотехнологии
Видимо правомерно отнести, возникновение современной биотехнологии, начавшей свое формирование на базе существующих отраслей микробиологической промышленности, к началу 50-х годов нынешнего века, а весь предшествующий данному периоду этап, назвать предысторией формирования биотехнологии, восходящей к древним цивилизациям. В этой связи третий съезд Европейской ассоциации биотехнологов в Мюнхене (1984 г.) доброжелательно воспринял предложение голландца Е. Хаувинка о выделении 5 периодов (эр) в развитии биотехнологии:
Управляемого биосинтеза: 1961-1975 гг.: в 1961 г. впервые была установлена способность микроорганизмов к сверхсинтезу определенных веществ (аминокислот, витаминов и т.п.).
Кроме того, возникновение, становление и развитие биотехнологии условно можно подразделить на 4 периода:
Таким образом, народы исстари использовали на практике микробиологические процессы, ничего не зная о микробах. Эмпиризм в этот период также был свойственен и в практике использования полезных растений и животных.
Этиологический период знаменателен тем, что удалось доказать индивидуальную природу микробов и выделить их в виде чистых культур. Более того, каждый вид мог быть размножен на питательных средах и использован в целях воспроизведения соответствующих процессов (бродильных, окислительных и др.). В этот период было начато изготовление пищевых прессованных дрожжей, некоторых продуктов обмена, ацетона, бутанола, лимонной и молочной кислот. Во Франции приступили к созданию биоустановок для микробиологической очистки сточных вод.
Биотехнический период начался в 1933 г. с публикации работы А. Клюйвера и Л.Х.Ц. Перкина «Методы изучения обмена веществ у плесневых грибов», в которой были изложены основные технические приемы, а также подходы к оценке и интерпретации получаемых результатов при глубинном культивировании грибов. С этого момента началось внедрение в биотехнологию крупномасштабного герметизированного оборудования, обеспечивающего проведение процессов в стерильных условиях.
Таким образом, выяснение механизмов функционирования и регуляции ДНК, выделение и изучение специфичных ферментов привело к формированию строго научного подхода к разработке биотехнологических процессов на основе генно-инженерных работ. В этом и заключается сущность генотехнического периода.
Уже в 1982 г. поступил в продажу человеческий инсулин, выработанный кишечными палочками, несущими в себе искусственно встроенную генетическую информацию о данном гормоне. В настоящее время разрабатываются или уже выпускаются следующие генно-инженерные препараты: интерфероны, интерлейкины, соматотропин. Проводится много работ на стыке генетической инженерии и гибридомной технологии, так производство моноклональных антител, привело к революционным изменениям, в первую очередь, в области диагностики многих инфекционных и неинфекционных заболеваний.
3. Объекты биотехнологии
Для получения вакцин и диагностических препаратов используют также патогенные микроорганизмы (брюшного тифа, коклюша, дифтерии, столбняка и др.).
Широкое применение в биотехнологии нашли культуры животных и растительных клеток. Известно, что строение, физиология и биотехнология животных и растительных клеток более сложные, чем у бактериальных клеток. Из культур животных и растительных клеток можно извлечь более широкий ассортимент продуктов сложной, цепной реакции, но процесс культивирования растительных и животных клеток более трудоемкий и дорогостоящий. Из культур тканей растений можно получать разнообразные соединения, используемые в медицине (алкалоиды, противовоспалительные вещества, противолейкозные и противоопухолевые, противобактериальные, сердечные и почечные средства, ферменты, витамины, опиаты и др.), сельском хозяйстве, химической и других отраслях промышленности. Животные клетки используют как для получения продукции, так и для выращивания в клетках вирусов с целью получения из них вакцин и диагностических препаратов.
Таким образом, в современном биотехнологическом производстве используют весьма широкий ассортимент биообъектов, классификация которых весьма сложна и наиболее рационально может быть выполнена на основе принципа их соразмерности. В таблице приведены биологические объекты, объединенные в 5 групп, причем, соразмерность в первых четырех имеет кратность в три порядка и только в пятой группе собраны биообъекты, отличающиеся по размерам от предшествующей (четвертой) группы всего на один порядок.
Биообъекты, используемые при биотехнологических способах производства лекарственных (диагностических, лечебных и профилактических) средств:
Размер от 10 м до 1 см: человек, животные, растения-бионакопители сапонинов, алкалоидов и т.п.
Размер от 1 см до 1 мм: гигантские водоросли, каллусные культуры меристемы, культуры тканей, культуры клеток.
Размер от 1 мм до 1 мкм: клетки эукариот и прокариот в культуре, биопродуценты и биотрансформаторы.
Размер от 1 мкм до 1 нм: бактериофаги, вирусы, липосомы.
Размер менее 1 нм: ДНК, ферменты, макромолекулы-носители.
Требования, предъявляемые к биообъектам для реализации биотехнологических процессов: чистота, высокая скорость размножения клеток и репродукции вирусных частиц, активность и стабильность биомолекул или биосистем.
Основные термины и понятия биотехнологии:
4. Связь биотехнологии с другими науками
На настоящем этапе именно микробиологические процессы в наибольшей степени развиты до уровня промышленного использования. Это, прежде всего, крупнотоннажное производство микробной биомассы, антибиотиков и других лекарственных веществ, аминокислот.
Первое состоит в искусственном конструировании молекул ДНК, несущих всю генетическую информацию о данном организме, т.е. заключающих в себе всю программу его роста и развития. Таким образом, можно направленно влиять на наследственность и получать новые виды с необходимыми свойствами.
Таким образом, генетическая инженерия включает выделение из клеток отдельных генов или синтез генов вне клеток, направленную перестройку, копирование и размножение выделенных или синтезированных генов, а также их перенос и включение в подлежащий изменению геном и таким путем можно добиться включения в клетки бактерий «чужых» генов и синтеза бактериями важных для человека соединений.
Развитие генетической инженерии стало возможным благодаря открытию двух ферментов: рестриктаз, разрезающих молекулу ДНК в строго определенных участках и лигаз, сшивающих определенные участки различных молекул ДНК друг с другом. Кроме того, в основе генетической инженерии лежит открытие векторов, которые представляют собой короткие, самостоятельно размножающиеся в клетках бактерий кольцевые молекулы ДНК. С помощью рестриктаз и лигаз в векторы встраивают необходимый ген, добиваясь в последствии его включения в геном клетки-хозяина.
Различают следующие виды генетической инженерии:
1. Генная инженерия: её сущность состоит в целенаправленном использовании перестроек естественного генома, осуществляемых in vivo и in vitro, для изменения генетических характеристик известных вирусов и клеток, прямое манипулирование рДНК, включающими отдельные гены.
2. Геномная инженерия: её сущность заключается в целенаправленной глубокой перестройке генома акариот, прокариот и эукариот, вплоть до создания новых видов, т.е. перенос всего или большей части генетического материала от одной клетки к другой. При геномной инженерии возможно получение половых (слиянием гамет) и соматических (слиянием неполовых клеток) гибридов.
3. Хромосомная инженерия связана с переносом изолированных хромосом от клетки-донора одного организма в клетку-реципиент другого организма.
1. использование клеток, переведенных в культуру, для синтеза различных соединений;
2. применение культивируемых клеток для получения из них растений-регенератов.
Таким образом, клеточная инженерия позволяет конструировать клетки нового типа, комбинировать отдельные фрагменты клеток (ядра, митохондрии, пластиды, цитоплазму и хромосомы и т.п.), соединять клетки различных видов, относящиеся не только к разным родам, семействам, но и царствам.
Клеточная инженерия широко используется в селекции растений. Выделены гибриды томата и картофеля, яблони и вишни. Регенерированные из таких клеток растения с измененной наследственностью позволяют синтезировать новые формы, сорта, обладающие новыми свойствами и устойчивые к неблагоприятным условиям среды и болезням. Этот метод широко используется и для «спасения» ценных сортов, пораженных вирусными болезнями.
5. Виды биотехнологий
К медицинской биотехнологии относят такие производственные процессы, которые завершаются созданием с помощью биообъектов средств или веществ медицинского назначения. Это антибиотики, витамины, ферменты, отдельные микробные полисахариды, которые могут применяться как самостоятельные средства или как вспомогательные вещества при создании различных лекарственных форм, аминокислоты и др.
Иммунобиотехнология объединяет производство вакцин, иммуноглобулинов крови, иммуномодуляторов, моноклональных антител и др. На основе иммунобиотехнологических процессов создаются также профилактические и лечебные средства, объединенные под эгидой медицинской биотехнологии. Вместе с тем, иммунобиотехнологические процессы по целевым продуктам вышли за пределы медицинского назначения, например, большинство ферментов, аминокислот и др. производятся не только для целей здравоохранения. Поэтому вычленение иммунобиотехнологии в качестве самостоятельной научной субдисциплины является обоснованным, и производственные процессы здесь четко ограничены использованием имму н ной системы того или иного микроорганизма или её отдельных компонентов (макрофаги, лимфоциты, различные иммуноглобулины).
Достижения приведенных выше направлений биотехнологии, медицинской биотехнологии и иммуннобиотехнологии, позволяют говорить о биотехнологии лекарственных средств. Действительно, если взять за основу анализа номенклатуру лекарственных средств Межведомственного экспертного совета (1990 г.), включающую 33 фармакотерапевтических группы препаратов, то, как минимум треть из них производится с использованием современных методов биотехнологии. В дальнейшем это направление исследований и разработок будет иметь тенденцию к неуклонному росту.
В ряде случаев только биотехнология позволяет решать те задачи, которые ставит перед фармацией практическая медицина. К примеру, только биотехнология открывает перед фармацевтической промышленностью возможность производить антибиотики, ряд незаменимых аминокислот, некоторые витамины, ферменты, гормоны, большую часть кровезаменителей и др.
В других случаях биотехнология используется как этап производства лекарственного средства. Обычно в таких ситуациях биотехнологическая стадия начинает технологический процесс (например, получение необходимой биомассы путем культивирования клеток меристемы лекарственных растений) как это имеет место при производстве диосгенина, аймалина и др.
Известны такие производства, в которых биотехнологический этап выступает в качестве промежуточного (перевод сорбита в сорбозу при получении витамина С в среде культивирования уксуснокислых бактерий).
Сульфиды металлов окисляются микроорганизмами и переходят в раствор, из которых их извлекают обычными методами. Микробы очень избирательны по отношению к металлам, и это используют на практике. Например, никаким механическим путем нельзя разделить сульфиды цинка и меди в медно-цинковых концентратах. В настоящее время после пирометаллургической обработки остается сплав, для извлечения из него компонентов применяют дорогостоящую технологию. Бактерии же сначала окисляют цинк, переводя его в раствор, а затем принимаются за окисление меди. Если остановить процесс на стадии, когда цинк уже в растворе, а медь еще в твердом концентрате, то останется разделить твердую и жидкую фазы и выплавить из первой медь.
Как известно, золото расплавляется в царской водке. В незначительных количествах золото присутствует во многих полезных ископаемых, но добыть его трудно. Методы биотехнологии позволяют решить и эту проблему.
Промышленное использование бедных руд с помощью биотехнологии основано на том, что в массив полезного ископаемого через специальные скважины нагнетается биологически активный раствор, а после того как он насытится, вобрав в себя полезный компонент, его откачивают через другую систему скважин.
Методы биогеотехнологии также широко используют для повышения нефтеотдачи нефтяных пластов, для окисления метана в угольных шахтах и пр.
Топливом будущего считают водород. Сейчас предложено несколько вариантов биотехнологических систем для производства водорода, включающих хемотрофные бактерии, цианобактерии, некоторые водоросли и простейшие, которые продуцируют водород. Однако пока ни одна из них неприемлема для практических целей.
Биоэнерготехнологии предстоит ответить на вопросы, связанные с созданием биотопливных элементов, способных превращать химическую энергию субстратов в другие виды энергии, главным образом в электрическую.
Экологическая биотехнология связана с использованием биологических методов борьбы с загрязнением окружающей среды (биологическая очистка сточных вод, загрязненного воздуха, твердых отходов). Наиболее развитым направлением экологической биотехнологии в настоящее время является биологическая очистка сточных вод, как промышленных, так и бытовых.
Космическая биотехнология делает первые шаги в космосе, осваивая специфические неземные условия. Очевидно, что космос создает для биотехнологических процессов не только большие трудности, но и большие преимущества. Они обусловлены, главным образом, невесомостью, существенно изменяющей течение физико-химических процессов, на которых основаны многие биотехнологии.
Невесомость создает особые условия, важные для осуществления биотехнологических процессов:
Редуцирует конвекции, вызванные плавучестью, и исключает седиментацию (осаждение под действием гравитационных сил);
Делает силы поверхностного натяжения выше гравитационных сил;
Обеспечивает протекание процессов вне емкостей.
Другая из вышеупомянутых особенностей космических условий состоит в отсутствии стенок сосудов, что важно, поскольку исключаются возмущающие нормальное течение процесса пристеночные явления, меняющие физико-химические свойства жидкости и оказывающие воздействие на поведение находящихся в ней компонентов. К тому же и сами стенки, какими бы они не были нейтральными, являются источниками загрязнений и дополнительных электрических, химических сил, могут избирательно сорбировать вещества.
Условия невесомости более благоприятны также для такого процесса, как инкапсулирование клеток в полупроницаемые мембраны, например, клетки поджелудочной железы животных, которые затем можно имплантировать в тело больных сахарным диабетом, где они могут продуцировать инсулин. Инкапсулированные клетки печени можно использовать для создания искусственных органов с целью очистки крови.
биотехнология клетка физиология животное
Природа и многообразие биотехнологических процессов
макроуровень (уровень аппаратурного оформления биотехнологического процесса);
микроуровень (уровень, соответствующий применяемому в технологическом процессе биообъекту).
2. Классификация по применяемому объекту:
2.1. По типу применяемого биообъекта:
одноклеточные (монокультуры и ассоциации);
культуры клеток и тканей;
органеллы клеток;
ферменты.
2.2. По степени усовершенствования применяемого биообъекта:
стихийно возникающие биоценозы микроорганизмов;
чистые культуры;
мутанты;
иммобилизованные ферменты и клетки;
— клеточные культуры многоклеточных организмов, генно-инженерные штаммы.
3. Классификация по типу преобладающего процесса:
деструкция;
биосинтез;
трансформация.
3. Классификация биотехнологических процессов в зависимости от масштаба:
крупномасштабные;
среднемасштабные;
мелкомасштабные.
4. Классификация биотехнологических процессов по применяемой технологии:
периодические и непрерывные;
поверхностные и глубинные;
аэробные и анаэробные.
Классификация биотехнологических процессов по истории возникновения и сложности:
бродильные производства, с помощью которых получают многие органические кислоты, растворители, органическое сырье (производство в не стерильных условиях);
получение в промышленных условиях биологической массы для кормовых и технических целей: данные процессы требуют применения специального оборудования и реализуются в не стерильных условиях;
получение микробной биомассы в асептических условиях;
производство микробных метаболитов с целью получения антибиотиков, ферментов, органических кислот, полисахаридов и т.д. (стерильные условия процесса, требуется сложное оборудование для получения и очистки целевого продукта);
использование иммобилизованных ферментов или клеток;
биотрансформация органических веществ;
культивирование клеток многоклеточных организмов (клональное размножение и т.д.);
7. Перспективы развития биотехнологии
Поясним возможности биотехнологии на ряде отдельных примеров.
Изучение медикаментов является предметом многих дисциплин, среди которых основная роль принадлежит химии и фармакологии. Роль биотехнологии еще примерно 20 лет назад была ограничена разработкой антибиотиков и вакцин. Благодаря разработке технологии рекомбинантной ДНК значимость биотехнологии для изучения медикаментов возросла. В конце 1993 г. в США были доступны уже более 20 новых медикаментов, разработанных с помощью биотехнологии, общая стоимость которых составляла примерно 8 млрд. долларов. Однако эта большая абсолютная цифра составляет лишь малый процент от общего оборота средств, получаемых от продажи медикаментов. Ожидается, что вклад биотехнологии в ближайшие годы возрастет еще сильнее. В настоящее время клиническое изучение проходят около 150 биотехнологических продуктов. Еще больше проектов находятся в стадии лабораторных разработок. Недавно проведенное изучение направлений работы больших американских фармацевтических компаний показало, что более 30% исследовательских проектов базируется на биотехнологии.
Большая ценность современной биотехнологии заключается, главным образом, в возможности идентифицировать специфическую генетическую информацию, клонировать и привести к экспрессии. Благодаря этому индивидуальные гены и продукты, которые эти гены кодируют, становятся доступными для исследования и использования. Иногда в качестве медикамента может быть использован сам генетический продукт. К первому поколению биотехнологических продуктов принадлежат «биопрепараты». Медико-биотехнологические исследования также позволили достичь лучшего понимания патогенеза и фармакологии. В связи с этим при разработке улучшенных и новых медикаментов очень важно изучение эндогенных медиаторов (таких, как гормоны, факторы роста, нейромедиаторы и т.д.), их рецепторов и клеточных реакций, которые эти медиаторы осуществляют.
Биопрепараты.
Некоторые медикаменты уже производятся с использованием биотехнологии. Инсулин (хумулин), соматотропин (химатроп), интерферон (роферон, интрон А, имукин, фрон), эпоэтин (апрекс, рекормон), и различные человеческие антитела уже применяются при лечении гормональных недостаточностей, тромбоза, воспалений и рака. Многие другие белки в настоящий момент проходят клинические испытания на терапевтическую ценность. Ожидается, что в ближайшие годы будет идентифицировано еще много новых белков. Некоторые из них, безусловно, окажутся ценными медикаментами.
Большое будущее принадлежит работам по расшифровке и пересадке генов азотфиксации. Известны микроорганизмы (клубеньковые бактерии), которые в симбиозе с некоторыми растениями способны усваивать атмосферный азот. Если ввести гены с таким «характером» в генетический аппарат других микроорганизмов и злаковых растений, то была бы снята проблема азотистых удобрений. Сейчас над этой проблемой трудятся коллективы многих институтов.
Современная наука позволяет культивировать на искусственных средах не только микроорганизмы, но и клетки растений и животных. Из одной растительной клетки в определенных условиях можно выращивать целое растение, а также получать биомассу, содержащую все компоненты взрослого растительного организма.
Таким образом, биотехнология, это, в сущности, не что иное, как использование культур клеток бактерий, дрожжей, животных или растений, метаболизм и биосинтетические возможности которых обеспечивают выработку специфических веществ.
Согласно определению Европейской биотехнологической федерации, созданной в 1978 г., биотехнология на основе применения знаний и методов биотехнологии, генетики и химической техники позволяет извлекать выгоду в технологических процессах из свойств микроорганизмов и клеточных культур. Она создает возможность получения с помощью легко доступных и возобновляемых ресурсов тех веществ и соединений, которые важны для жизни и благосостояния людей.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Биотехнологии и биокаталитические технологии. Основы биохимической инженерии. Этапы развития биотехнологии: эмпирический, научный и современный (молекулярный). История развития биотехнологии (даты, события). Новые технологии в биофармацевтике.
курсовая работа [30,5 K], добавлен 14.11.2010
Понятие и значение на современном этапе биотехнологии как науки о методах и технологиях производства ценных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов. Отношение морально-нравственного к биотехнологическому.
презентация [399,8 K], добавлен 23.12.2013
Биотехнологии и их использование в практической деятельности человека, влияние на них генетической инженерии. Сущность и история разработок вакцин, их использование в современной медицине. Определение коэффициента профилактической эффективности вакцины.
лекция [21,9 K], добавлен 30.08.2009
Место вакцинопрофилактики в борьбе с инфекционными болезнями. Общие сведения о вакцинах, история их появления, определение и классификация. Свойства и получение вакцин, применение сывороток в биотехнологии, их общая характеристика и способы получения.
реферат [25,2 K], добавлен 21.01.2010
Методы культивирования микроорганизмов. Продукты первой и второй стадии ферментации. Производство микробного белка. Сырьевая база биотехнологии. Генетическая и клеточная инженерия в биотехнологии. Получение вакцин и иммунобиологических препаратов.
учебное пособие [43,2 K], добавлен 19.07.2009
Общие сведения, классификация, свойства и механизм действия пенициллиназ, а также особенности их использования в биотехнологии. Анализ перспектив методов борьбы с лекарственно-устойчивыми микроорганизмами. Характеристика различных видов беталактамаз.
реферат [25,9 K], добавлен 22.01.2010
Общая характеристика антибиотиков и особенности их получения. Схема производства пенициллина. Использование рДНК-биотехнологии. Применение антибиотиков в пищевой промышленности и сельском хозяйстве. Классификация антибиотиков по штаммам-продуцентам.
презентация [488,1 K], добавлен 04.12.2015
