Что такое биотехнология примеры
Как применяются биотехнологии в жизни человека
Применение биотехнологии основано на использовании научных принципов, которые используют живой организм или организмы для производства продуктов и услуг на благо человека.
Биотехнология в области медицины
Применение биотехнологии играет важную роль в области медицины, например в производстве антител, вакцин, антибиотиков и гормонов.
Интерферон — это белок, который естественным образом образуется иммунными клетками, например белками крови и фибробластами. Коммерчески интерферон производится по технологии рекомбинантной ДНК. Интерфероны модулируют реакцию иммунной системы на атаку вируса, бактерий, рака и других чужеродных элементов. Интерфероны непосредственно не убивают клетку-вирус, но интерфероны повышают реакцию иммунной системы на рост раковых клеток. Другими словами, интерферон — это белковое соединение, способное стимулировать защиту человеческого организма для борьбы с болезнетворными микробами.
Вакцины, используемые для предотвращения нападения болезни на организм, получают из микроорганизмов. Вакцина может быть получена из вирусов и бактерий, которые были ослаблены или токсинов, которые были взяты из этих микроорганизмов.
Производство антител с использованием принципа слияния протоплазмы. Слияние протоплазмы происходит путем объединения двух клеток из одной и той же ткани или из клеток организма, которые различаются в электрическом поле. Слияние производит клетки, которые могут производить антитела.
Антитело может быть использовано для обнаружения гормона гонадотропина в моче беременных женщин. Таким образом, антитела могут быть использованы для определения беременности. Это свойство также можно использовать для раннего обнаружения и уничтожения раковых клеток.
Путем разработки ДНК используют микроорганизмы для производства гормона. Гормон-это биологически активное вещество поступающее в кровь и выполняющее сигнальные функции: гормон роста, кортизон, тестостерон.
Биотехнология в сельском хозяйстве
Применение биотехнологии широко задействовано в области сельского хозяйства с использованием метода рекомбинации ДНК. Этот процесс осуществляется для удаления высших генов из одного организма в другой через посредство микроорганизмов. Это применение можно увидеть из процесса получения рекомбинантной ДНК.
Азот (N2) — это важнейшие элементы белка, ДНК и РНК. У бобовых растений обнаруживаются клубеньки на его корнях. В этих клубеньках живут бактерии Ризобии, которые могут связывать свободный азот из воздуха, поэтому растения бобовых культур могут покрывать потребности в самом азоте.
С помощью применения биотехнологии исследователи пытаются разработать так, чтобы бактерии Ризобии жили в корнях многих культур. Это улучшит способность бактерий связывать азот с помощью метода рекомбинации генов. Эти меры направлены на сокращение или ликвидацию использования азотных удобрений, которые в настоящее время широко применяются на сельскохозяйственных землях и вызывают неблагоприятные побочные эффекты.
Растения, устойчивые к вредителям, могут быть созданы с помощью генной инженерии с рекомбинацией генов и культивированием клеток. Например, чтобы получить урожай картофеля без иммунных заболеваний необходимы гены, определяющие природу иммунного заболевания. Из этих генов вырастают картофельные растения, устойчивые к болезням. Эти растения картофеля затем можно размножать и распространять. Питание растений при этом происходит в обычном порядке.
Рекомбинантная технология ДНК может быть использована для получения трансгенных растений риса. Они способны вырабатывать полезный белок и устойчивость к холодам. Получить рисовые растения, устойчивые к холоду, можно путем введения в хромосомы рисового растения генов, устойчивых к холоду больше, чем у животных, живущих в холодных местах.
Гормон, вызывающий увядание цветов, — это этилен. Увядание на цветках происходит из-за наличия гена, чувствительного к короне цветков. Если ген был заменен на гены, которые менее чувствительны,то завядание цветков может задержаться. С помощью этого метода были разработаны трансгенные гвоздики, способные выживать свежими в течение 3 месяцев. В то время как гвоздики обычно цветут только 3 дня.
Гормон этилен также стимулирует созревание плодов. Если активность гена, продуцирующего этилен, будет подавлена с помощью генной инженерии, то плод будет оставаться свежим в течение длительного времени. Например, помидор Флавр Савр, который выдерживает гниль.
В области животноводства
С помощью биотехнологии можно разрабатывать продукты животноводства. Эти продукты, например бычий соматотропин (англ. Bovine somatotropin, BST) или бычий гормон роста.
Эта технология осуществляется путем введения гена соматрофина корове. Добавленный бычий соматрофин или гормон роста позволяет увеличить производство мяса и молока крупного рогатого скота на 20%.
Рекомбинантная ДНК-технология способна вводить в организм человека гены лактоферрина, которые продуцируют гормоны человеческого лактоферрина (Human Lactoferin) у молочного скота. С введением этого гормона молочные коровы будут способны производить молоко, содержащее лактоферрин. Лактоферрин — белок имеющий иммуные и противомикробные свойства.
Топливо будущего
Перед учеными стоит сложная задача найти заменитель топлива, произведенного с помощью биотехнологии. В настоящее время обнаружено два вида топлива, получаемого в результате брожения отходов, а именно биогаз (метан) и газохол (спирт).
Альтернативным топливом будущего для замены нефти, среди прочих, являются биогаз и газохол. Биогаз создается при ферментации отходов жизнедеятельности живых существ. В странах Китай и Индия есть несколько деревень жители которых которая применяет технологию ферментера для получения метана. Сырьевая технология — это фекалии животных, листья, бумага и другие продукты, которые будут вырабатываться бактериями.
Технология газохола была разработана государством Бразилия когда цена на нефть выросла с 1970 года. Газохол получают из ферментации грибов, которые на сахарном тростнике встречаются в изобилии. Газохол дешевле, может быть обновлен и не вызывает загрязнения окружающей среды.
Обработка отходов
Применение биотехнологии имеется также и при обращении с отходами.
Это может осуществляться различными способами, например с накопленными, сожженными или переработанными отходами. Одним из примеров процесса переработки мусора, который был опробован на некоторых мусорных заводах, является пиролиз. Процесс пиролиза, а именно процесс разложения материала-отходов производства при высокой температуре в условиях без кислорода.
Что такое биотехнология?
Как известно, самые интересные открытия совершаются на стыке областей знания.
Одним из наиболее перспективных направлений в естественнонаучных дисциплинах сегодня стала биотехнология, возможности которой пока что изучены довольно слабо. Этот важный раздел биологической науки вполне может стать основой для технологического рывка в ближайшем будущем, сыграв для XXI века ту же роль, какую для ХХ столетия сыграли химия и электроника.
Биотехнология – значение слова
В последние десятилетия слово «биотехнология» всё чаще встречается на страницах СМИ, в телепередачах и в интернете. Впервые о биотехнологиях заговорили в середине 70-х годов ХХ столетия в связи с новыми методиками изготовления лекарственных субстанций – сырья для препаратов, выпускаемых фармакологической промышленностью. С тех пор биотехнологии существенно расширили сферу применения.
Сегодня, говоря о биотехнологии, мы подразумеваем методы производства нужных нам материалов и продуктов с использованием живых организмов, культивируемых в искусственной среде клеток и разнообразных биологических процессов. На текущий момент объектами биотехнологии чаще всего становятся микроорганизмы, а также отдельно взятые клетки животных или растений.
Простейшим примером биотехнологии является изготовление из молока кисломолочных продуктов – кефира, творога и др. – при помощи культур кисломолочных бактерий. Можно вспомнить и о выпекании дрожжевого хлеба с использованием пекарских дрожжей. Эти биотехнологии известны человечеству на протяжении многих веков, но сегодня биологи используют намного более сложные методики, чтобы организовывать необходимые нам процессы.
Для чего нужна биотехнология?
В любой отрасли промышленности добиться нужного результата можно разными способами, но часто биотехнологическое решение поставленной перед учёными задачи оказывается наиболее эффективным, экономичным и безопасным. К примеру, для того, чтобы высечь на мраморе надпись, квалифицированный каменотёс должен трудиться несколько недель.
Однако в Древней Греции для изготовления надписей использовали один из видов улиток, слизь которых обладает повышенной кислотностью. Как известно, мрамор – это кристаллизовавшийся известняк. Проползая по поверхности камня, улитка своей слизью выжигала в нём выемку, и мастеру оставалось лишь направить моллюска в нужную сторону, чтобы быстро и без труда получить желаемую надпись.
Этот пример простейшей биотехнологии прекрасно иллюстрирует все преимущества биологических методов. Биохимические процессы не требуют высокой температуры и давления, не загрязняют окружающую среду и зачастую обходятся намного дешевле традиционных способов. Так, биотехнология сегодня активно используется для обогащения различных руд и добычи редких металлов. Функцию обогатителя выполняют микроорганизмы, которые поглощают нужный металл и накапливают его в своей ткани, а затем отмирают, образуя плотный осадок, из которого уже не составляет труда извлечь необходимый элемент.
Биотехнология позволяет перерабатывать даже очень бедные руды, извлекая из них нужные металлы с высокой точностью и без лишних затрат.
Эти же процессы используются и для эффективной очистки стоков. Если использовать фильтрацию, то очистные сооружения обойдутся очень дорого. Штаммы специально выведенных бактерий извлекают тяжёлые металлы, перерабатывают и делают безопасными нефтепродукты. Очистка стоков не требует затрат: достаточно залить сточные воды в отстойник и запустить туда нужные виды микроорганизмов, а затем подождать, пока вода не осветлится.
Но наиболее часто биотехнология используется для изготовления различных лекарственных препаратов. С её помощью производятся сотни или даже тысячи наименований и групп лекарств: антибиотики, сыворотки, различные вакцины и т.д. Отдельной группой препаратов являются кормовые добавки – аминокислоты, белки и др.
Сферы применения биотехнологии
На текущий момент наиболее активно биотехнологии работают в следующих направлениях:
– производство пищевых продуктов на качественно новой основе;
– разработка и изготовление препаратов, повышающих эффективность сельского хозяйства;
– разработка и изготовление лекарств, вакцин, биодобавок;
– биотехнологии для добывающей промышленности и бытовой сферы;
– изготовление диагностических препаратов и реактивов;
– биотехнология очистки окружающей среды от антропогенных загрязнений.
Существует ещё немало направлений, в которых использование биотехнологии возможно в ближайшей либо отдалённой перспективе.
Направления биотехнологии
Используя живые организмы в своих целях, человек уже сегодня может добывать необходимые вещества, перерабатывать отходы в полезные удобрения, лечить различные болезни и многое другое. Наиболее активно в настоящее время развиваются следующие направления биотехнологии.
– Микробиологический синтез – производство необходимых веществ и субстанций с использованием микроорганизмов. Уже сегодня этот способ используется при производстве спирта, иммобилизованных ферментов и ряда других веществ.
– Генная инженерия – своеобразное «конструирование» генома живого существа с целью получения организма с заданными свойствами. Методы генной инженерии в последние десятилетия произвели буквально революцию в сельском хозяйстве, создав новые, чрезвычайно устойчивые к неблагоприятным внешним явлениям культурные растения.
– Космическая биотехнология – направление, находящееся сегодня в стадии начального развития. Ведутся исследования по применению биотехнологии в космосе, исследуются перспективы получения кристаллических белков и других материалов.
– Биогидрометаллургия – извлечение металла из руды при помощи микроорганизмов. В результате деятельности бактерий образуются растворимые соли металла, которые переходят в раствор, а затем извлекаются и перерабатываются обычным способом.
В недалёком будущем биотехнологические процессы смогут заменить многие грязные производства, сделав окружающий нас мир более привлекательным, безопасным и удобным для жизни.
Понятие биотехнологий: определение, история, виды биотехнологий и практическое их применение
Что собой представляет наука биотехнология?
Определение биотехнологии
Биотехнология кратко — дисциплина, изучающая возможности применения живых организмов и их систем в решении различных технологических задач, в том числе создания живых организмов с определенными свойствами при помощи генной инженерии.
Биотехнологию в рефератах представляют как понятие, охватывающее широкий спектр процедур, направленных на модификацию живых организмов в соответствии с целями человека.
Тысячелетиями люди пользуются биотехнологиями в сельском хозяйстве, производстве продуктов питания и медицине. Сам термин «биотехнологии» был введен венгерским инженером, которого звали Карл Эреки. Произошло это в 1917 году.
История биотехнологии
Ранняя биотехнология позволила фермерам выбрать и развести культуры, которые сегодня дают самые большие урожаи: в достаточном для поддержания растущего населения количестве.
Так как посевы и поля становились все более объемными, возникли проблемы с их поддержанием. Тогда обнаружили, что отдельные организмы и продукты их переработки вполне эффективно оплодотворяют, восстанавливают азот и борются с вредителями. На протяжении развития сельского хозяйства, фермеры непреднамеренно изменяли генетику культур, вводя их в новые условия и разводя вместе с другими растениями. Все это было первыми формами биотехнологий.
Долгое время люди также пользовались селекцией с целью улучшить производство сельскохозяйственных культур и домашнего скота, чтобы все это потом можно было употреблять в пищу.
Селекция основывалась на том, что организмы, обладающие желательными характеристиками, сопрягались с такими же организмами.
Так получили самые сладкие и крупные зерновые культуры.
Начало 20 века стало временем углубления в основы микробиологии, что привело к изучению различных способов производства. Хаим Вейцман в 1917 году первым применил микробиологическую культуру в промышленном процессе — в производстве кукурузного крахмала.
С развитием биотехнологий связана разработка антибиотиков.
В 1928 году Александр Флеминг открыл плесень Penicillium.
Виды биотехнологий
Существует несколько видов биотехнологий:
Практическое применение биотехнологий
Есть 4 крупные промышленные области, в которых активно применяются наработки биотехнологии:
Медицина
Биотехнологии в медицине используются с целью поиска и производства лекарств, фармакогеномике, а также в генетическом тестировании — генетическом скрининге.
Фармакогеномика представляет собой объединение фармакологии и геномики. Это технология, которая занимается анализом влияние генетического состава на реакцию индивидуума на тот или иной лекарственный препарат.
Заметно значение биотехнологии в открытии и производстве традиционных малых молекул лекарств, в том числе препаратов — продуктов биотехнологии (биологических препаратов).
Сельское хозяйство
Биотехнологии в сельском хозяйстве стали причиной появления генетически модифицированных сельскохозяйственных культур. Это биотехнологические культуры — растения, используемые в сельском хозяйстве, ДНК которых модифицирована при помощи методов генной инженерии.
Такие продовольственные культуры отличаются устойчивостью к определенным вредителям, болезням, стрессовым условиям окружающей среды, устойчивостью к различным химическим обработкам.
Химическая промышленность
1917 год был примечателен еще и тем, что в это время Хаим Вейцман в Великобритании применил бактерии Clostridium acetobutylicum чтобы получить ацетон. В то время ацетон был стратегически важным продуктом.
Пищевая промышленность
Различные молочные культуры молочнокислой ферментации дают возможность получить йогурт, квашеную капусту и пр. Также на биологических процессах основаны другие традиционные технологии: производство сыра, хлеба.
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.