Pēdējās desmitgades laikā termins "biotehnoloģija" arvien biežāk parādās ziņu virsrakstos, un atklājumi šajā jomā ir kļuvuši par karstu diskusiju cēloni. Patiešām, zinātne pēdējos gados ir sasniegusi vislielāko attīstību, un to lielā mērā ir veicinājis tehnoloģiskais progress, bet ikdienas dzīvē biotehnoloģija ir izmantota daudzus gadsimtus.

Biotehnoloģiju attīstības vēsture

Kopš seniem laikiem cilvēki ir izmantojuši biotehnoloģiju vīna, siera un cita veida pārtikas pagatavošanai. Biotehnoloģiskais process, proti, fermentācija, tika izmantots senajā Babilonā, lai ražotu alu. Par to liecina izrakumos atrastie raksti uz planšetēm. Taču, neskatoties uz šo metožu aktīvo izmantošanu, šo nozaru pamatā esošie procesi palika noslēpums.

Luiss Pastērs 1867. gadā teica, ka tādi procesi kā nogatavināšana un fermentācija nav nekas cits kā mikroorganismu dzīvībai svarīgās aktivitātes rezultāts. Eduards Buhners papildināja šos pieņēmumus, pierādot, ka katalizators ir bezšūnu ekstrakts, kas satur fermentus, kas izraisa ķīmisku reakciju.

Vēlāk tajā laikā tika veikti sensacionāli atklājumi, kas palīdzēja veidot šo zinātni tās mūsdienu izpratnē:

  • 1865. gadā Austrijas monarhs Gregors Mendels iepazīstināja ar savu ziņojumu “Eksperimenti ar augu hibrīdiem”, kurā tika aprakstīti iedzimtības pārnešanas modeļi;
  • 1902. gadā Teodors Boveri un Valters Satons ierosināja, ka iedzimtības pārnešana ir tieši saistīta ar hromosomām.

Šis termins parādījās 1919. gadā pēc ungāru lauksaimniecības ekonomista Karla Erekija manifesta publicēšanas. Pamatojoties uz tajā laikā pieejamajiem pierādījumiem, termins biotehnoloģija nozīmēja mikroorganismu izmantošanu pārtikas raudzēšanai.

Bet, kā zināms, visinteresantākie atklājumi notiek zināšanu krustpunktā, biotehnoloģiju gadījumā ir saplūdušas pārtikas un naftas pārstrādes nozares. 1970. gadā praksē tika pārbaudīta tehnoloģija olbaltumvielu iegūšanai no naftas rūpniecības atkritumiem.

Kas ir biotehnoloģija: termins un galvenie veidi

Biotehnoloģija ir zinātne par veidiem, kā radīt dažādas vielas, izmantojot dabiskus bioloģiskos komponentus, neatkarīgi no tā, vai tie ir mikroorganismi, dzīvnieku vai augu šūnas. Būtībā tā ir manipulācija ar dzīvām šūnām, lai iegūtu konkrētus rezultātus.

Zinātnes attīstības galvenie virzieni ir:

Bioinženierzinātne ir disciplīna, kuras mērķis ir paplašināt zināšanas medicīnas (ārstniecības, veselības veicināšanas) un inženierzinātņu jomā.

Biomedicīna ir augsti specializēta medicīnas nozare, kas no teorētiskā viedokļa pēta cilvēka ķermeņa uzbūvi, patoloģisko stāvokļu diagnostiku un to korekcijas iespējas. Medicīnas nozari, kas nodarbojas ar dzīvo organismu bioloģisko sistēmu kontroli un ārstēšanu molekulārā līmenī, sauc par nanomedicīnu.

Hibridizācija ir hibrīdu (augu, dzīvnieku) ražošanas process. Tas ir balstīts uz principu iegūt vienu šūnu (izturīgu pret noteiktiem apstākļiem), apvienojot citas šūnas.

Tagad mums jau ir nepieciešamie līdzekļi, lai dzīvotu pietiekami ilgi, līdz kļūstam nemirstīgi. Ir iespējams agresīvi pielietot esošās zināšanas, lai radikāli palēninātu novecošanās procesu un saglabātu dzīvotspēju līdz brīdim, kad kļūst pieejamas pilnīgi radikālas dzīves pagarināšanas terapijas, izmantojot bio- un nanotehnoloģiju.

Rejs Kurcveils (izgudrotājs, futūrists)

Augstākais biotehnoloģijas sasniegums ir gēnu inženierija. Gēnu inženierija ir zināšanu un tehnoloģiju kopums RNS un DNS iegūšanai, gēnu izolēšanai no šūnām, manipulācijām ar gēniem un to ievadīšanai citos organismos. Tā ir dzīvas būtnes vai auga genoma “kontrole”, lai iegūtu noteiktas īpašības. Piemēram, vadoties pēc zināšanām gēnu inženierijas jomā, Ķīnas zinātnieki plāno masveidā izmantot vēža slimnieku genoma “koriģēšanas” metodi. Tomēr neviens pagaidām nesteidzas uzsākt pilna mēroga projektus, jo... Šodien nav iespējams paredzēt sekas uz ķermeni ilgtermiņā.

Klonēšana ir pelnījusi īpašu uzmanību. Ar šo procesu saprot vairāku ģenētiski identisku organismu rašanos aseksuālās (tostarp veģetatīvās) vairošanās ceļā. Līdz šim ir klonēti ne tikai augi, bet arī vairāki desmiti dzīvnieku sugu (aitas, suņi, kaķi, zirgi). Pagaidām datu par cilvēka klonēšanas faktiem nav, lai gan, pēc zinātnieku domām, no tehniskās puses procesam viss ir gatavs. Tieši šie notikumi ir kļuvuši par vispretrunīgākajiem un apspriestākajiem pasaules sabiedrībā. Tas attiecas ne tikai uz iespējamību iegūt nepilnvērtīgus cilvēkus, bet arī par problēmas ētisko un reliģisko pusi.

Piemērošanas joma

Visās nozarēs ražošanā tiek ieviesti biotehnoloģisko procesu principi:

  • pārtikas rūpniecība. Alkohola, aminoskābju, fermentu ražošanu videi draudzīgā veidā sauc par balto biotehnoloģiju.
  • ķīmiskā vai farmaceitiskā. Šo virzienu sauc arī par sarkano biotehnoloģiju. Biotehnologi izstrādā uzlabotas zāles, vakcīnas un serumus pret slimībām, kuras iepriekš tika uzskatītas par neārstējamām. Rietumvalstīs un jo īpaši Austrijā zinātne ir ļoti populāra un tiek aktīvi izmantota dažādu slimību diagnosticēšanai (biosensori, DNS mikroshēmas).
  • atkritumu pārstrāde un apglabāšana (bioremediācija). Pelēkās biotehnoloģijas metodes tiek izmantotas augsnes sanācijai, notekūdeņu un izplūdes gaisa attīrīšanai.
  • Lauksaimniecība. Zaļā biotehnoloģija ļauj zinātniekiem izveidot kultivēto augu paraugus, kas spēj pretoties slimībām un sēnītēm, ar augstu ražu neatkarīgi no klimatiskajiem apstākļiem (sausuma laikā). Turklāt zinātnieki ir iemācījušies izmantot noteiktus fermentus, kas celulozes lauksaimniecības atkritumus pārvērš glikozē un pēc tam degvielā.

Šūnu inženierijas galvenais mērķis ir dzīvnieku un augu šūnu audzēšana. Atklājumi šūnu inženierijas jomā ir ļāvuši kontrolēt un regulēt jaunu dzīvnieku un augu formu un līniju produktivitāti, kvalitāti un izturību pret slimībām.

Investīcijas un attīstība

Lai gan biotehnoloģiju diez vai var saukt par “jaunu” zinātni, šodien tā ir savas attīstības sākumā. Virzieni un iespējas, kas paveras, attīstot šīs zināšanas, var būt bezgalīgi. Viņi var, ja saņem atbilstošu finansējumu un atbalstu. Galvenie investīciju dalībnieki šajā jomā ir paši inženieri un biotehnoloģijas, un tas ir saprotams. Šodien netiek piedāvāts pats produkts, bet gan ideja un iespējamās metodes tā īstenošanai.

Un šīs idejas īstenošanai ir nepieciešami desmitiem un simtiem eksperimentu, pieredzes un dārgas iekārtas. Ne katrs investors ir gatavs sekot tikai idejai, riskējot ar saviem ieguldījumiem. Bet ne visi ticēja mobilajiem sakariem, un šodien tie ir visur.

Šobrīd lielo uzņēmumu skaits, kas nodarbojas ar biotehnoloģiju attīstību, ir neliels. Tie ietver:

  • Illumina (ģenētiskā izpēte, analīzes, DNS mikromasīvu tehnoloģija),
  • Oxford Nanopore (produktu izstrāde un pārdošana mijiedarbībai ar DNS),
  • Roche (farmācijas uzņēmums),
  • Editas Medicine (laboratorijas gēnu rediģēšanas metožu pielāgošana liela mēroga lietošanai slimnīcās),
  • Counsyl (ierosināja zemu izmaksu metodi automatizētai DNS analīzei turpmākai datu izmantošanai ārstēšanā).

Pēc ekspertu domām, vispievilcīgākā joma investīcijām biotehnoloģijā ir sekvencēšanas uzņēmumi. Šis ir vispārīgs nosaukums metodēm, kas ļauj noteikt nukleotīdu secību DNS molekulā. DNS datu atšifrēšana (sekvencēšana) ļauj identificēt apgabalus, kas ir atbildīgi par iedzimtām slimībām, un tās novērst. Kad process būs pilnveidots, cilvēki varēs atbrīvoties no slimības, nevis ārstēt simptomus. Tas mainīs mūsu izpratni par diagnostiku un nesīs lielas dividendes tiem, kas spēj izvērtēt uzņēmuma potenciālu jau idejas stadijā.

Biotehnoloģija: laba vai ļauna?

Jau šobrīd pasaules iedzīvotāji saskaras ar pārtikas trūkuma problēmu un, ja cilvēku skaits turpinās augt, tad jau tuvākajā nākotnē situācija var kļūt kritiska. Zināšanas par to, kas ir biotehnoloģija un kā tās pielietot, palīdz iegūt maksimālu ražas rezultātu neatkarīgi no ārējiem faktoriem. Un šos sasniegumus nevar neievērot. Turklāt nenoliedzams zinātnes ieguvumu pierādījums ir antibiotiku izgudrojums, kas ir ļāvis kontrolēt un dažos gadījumos pilnībā izskaust simtiem slimību.

Bet ne visiem ir viennozīmīgs zinātnes vērtējums. Pastāv bažas, ka kontroles trūkums var radīt neatgriezeniskas sekas. Piemēram, mūsdienās biotehnoloģiju produkti, piemēram, sportistiem paredzēti steroīdi, kļūst par priekšlaicīgu sirds patoloģiju cēloni. Cenšoties izveidot supercilvēku, kurš ir uzvarējis vecumu un slimības, sabiedrība riskē zaudēt savu dabu.

Alās nepalikām. Mēs nepaliekam savas planētas robežās. Ar biotehnoloģijas, ģenētiskās sekvencēšanas palīdzību mēs pat neaprobežojamies ar pašu bioloģiju.
Džeisons Silva (runātājs, filozofs, TV zvaigzne).

Biotehnoloģiju attīstība ir kļuvusi tik strauja, ka pasaules valstis saskaras ar kontroles trūkuma problēmu tiesiskā līmenī. Tas izraisījis daudzu projektu apturēšanu, tāpēc ir pāragri runāt par cilvēku klonēšanu un uzvaru pār nāvi, un abas konfrontācijas nometnes var brīvi ļauties filozofiskām pārdomām.

Biotehnoloģija ir zinātne, kas pēta iespēju izmantot dzīvos organismus vai to vielmaiņas produktus noteiktu tehnoloģisku problēmu risināšanai.

Ar biotehnoloģiju palīdzību tiek apmierinātas noteiktas cilvēka vajadzības, piemēram: zāļu izstrāde, modificēšana vai jaunu augu un dzīvnieku sugu radīšana, kas paaugstina pārtikas produktu kvalitāti.

Biotehnoloģija mūsdienu medicīnā

Biotehnoloģija kā zinātne nostiprinājās divdesmitā gadsimta beigās, proti, 70. gadu sākumā. Viss sākās ar gēnu inženieriju, kad zinātnieki varēja pārnest ģenētisko materiālu no viena organisma uz otru, neveicot dzimumprocesus. Šim nolūkam tika izmantota rekombinantā DNS vai rDNS. Šo metodi izmanto, lai mainītu vai uzlabotu konkrētu organismu.

Lai izveidotu rDNS molekulu, jums ir nepieciešams:

  • ekstrahē DNS molekulu no dzīvnieka vai auga šūnas;
  • apstrādāt izolēto šūnu un plazmīdu un pēc tam tos sajaukt;
  • tad modificētā plazmīda tiek pārnesta uz baktēriju, kas savukārt pavairo tajā ievadītās informācijas kopijas.

Medicīniskās biotehnoloģijas iedala 2 lielās grupās:

  1. Diagnostikas, kas, savukārt, ir: ķīmiskie (diagnostisko vielu un vielmaiņas parametru noteikšana); fiziskais (ķermeņa fizisko lauku noteikšana);
  2. Zāļu.

Medicīniskā biotehnoloģija ietver tādus ražošanas procesus, kuru laikā tiek radīti bioloģiski objekti vai vielas medicīniskiem nolūkiem. Tie ir fermenti, vitamīni, antibiotikas, atsevišķi mikrobu polisaharīdi, kurus var izmantot kā neatkarīgus līdzekļus vai kā palīgvielas dažādu zāļu formu, aminoskābju izveidē.

Tādējādi tiek izmantotas biotehnoloģijas metodes:

  • cilvēka insulīna ražošanai, izmantojot ģenētiski modificētas baktērijas;
  • lai izveidotu eritropoetīnu (hormonu, kas stimulē sarkano asins šūnu veidošanos kaulu smadzenēs.

Medicīniskā ģenētika nākotnē spēs ne tikai novērst defektīvu bērnu piedzimšanu, diagnosticējot ģenētiskās slimības, bet arī veikt gēnu transplantāciju esošās problēmas risināšanai.

Biotehnoloģija nākotnē dos cilvēcei milzīgas iespējas ne tikai medicīnā, bet arī citās mūsdienu zinātnes jomās.

Biotehnoloģija mūsdienu zinātnē

Biotehnoloģija mūsdienu zinātnē ir ļoti noderīga. Pateicoties gēnu inženierijas atklājumiem, ir kļuvis iespējams izstrādāt jaunas augu šķirnes un dzīvnieku šķirnes, kas dos labumu lauksaimniecībai.

Biotehnoloģijas studijas ir saistītas ne tikai ar bioloģijas zinātnēm. Mikroelektronikā ir izstrādāti jonu selektīvie tranzistori, kuru pamatā ir lauka efekts (HpaI). Biotehnoloģija ir nepieciešama, lai veicinātu naftas ieguvi no naftas rezervuāriem. Visattīstītākā joma ir biotehnoloģijas izmantošana ekoloģijā rūpniecisko un sadzīves notekūdeņu attīrīšanai. Daudzas citas disciplīnas ir veicinājušas biotehnoloģijas attīstību, tāpēc biotehnoloģija ir jāklasificē kā sarežģīta zinātne.

Vēl viens iemesls aktīvai biotehnoloģiju izpētei un zināšanu pilnveidošanai bija sociāli ekonomisko vajadzību trūkums (vai nākotnes deficīts).

Pasaulē ir tādas problēmas kā:

  • svaiga vai attīrīta ūdens trūkums (dažās valstīs);
  • vides piesārņojums ar dažādām ķīmiskām vielām;
  • energoresursu trūkums;
  • nepieciešamība uzlabot un iegūt pilnīgi jaunus videi draudzīgus materiālus un izstrādājumus;
  • uzlabot medicīnas līmeni.

Zinātnieki ir pārliecināti, ka šīs un daudzas citas problēmas var atrisināt ar biotehnoloģiju palīdzību.

Mūsdienu biotehnoloģijas pamata standarta tehnoloģiskās metodes

Biotehnoloģiju var izdalīt ne tikai kā zinātni, bet arī kā praktiskās cilvēka darbības jomu, kas ir atbildīga par dažāda veida produktu ražošanu, piedaloties dzīviem organismiem vai to šūnām.

Biotehnoloģijas teorētiskais pamats savulaik bija tāda zinātne kā ģenētika, tas notika divdesmitajā gadsimtā. Bet praktiski biotehnoloģijas pamatā bija mikrobioloģiskā nozare. Mikrobioloģiskā nozare savukārt saņēma spēcīgu stimulu attīstībai pēc antibiotiku atklāšanas un aktīvas ražošanas.

Objekti, ar kuriem strādā biotehnoloģija, ir vīrusi, baktērijas, dažādi floras un faunas pārstāvji, sēnītes, kā arī organellas un izolētas šūnas.

Vizuālā biotehnoloģija. Ģenētiskā un šūnu inženierija

Ģenētiskā un šūnu inženierija kombinācijā ar bioķīmiju ir galvenās mūsdienu biotehnoloģijas jomas.

Šūnu inženierija ir dažādu dzīvo organismu (augu, dzīvnieku, baktēriju) šūnu kultivēšana īpašos apstākļos, dažāda veida to izpēte (kombinēšana, ekstrakcija vai transplantācija).

Augu šūnu inženierija tiek uzskatīta par visveiksmīgāko. Ar augu šūnu inženierijas palīdzību ir kļuvis iespējams paātrināt selekcijas procesus, kas ļauj attīstīt jaunas lauksaimniecības kultūru šķirnes. Tagad jaunas šķirnes attīstība ir samazināta no 11 gadiem līdz 3-4.

Ģenētiskā (jeb gēnu) inženierija ir molekulārās bioloģijas nozare, kas nodarbojas ar gēnu izpēti un izolēšanu no dzīvo organismu šūnām, pēc tam ar tiem manipulējot, lai sasniegtu konkrētu mērķi. Galvenie gēnu inženierijā izmantotie instrumenti ir fermenti un vektori.

Biotehnoloģijas klonēšana

Klonēšana ir klonu (tas ir, prototipam pilnīgi identisku pēcnācēju) iegūšanas process. Pirmais klonēšanas eksperiments tika veikts ar augiem, kas tika klonēti veģetatīvi. Katru atsevišķu augu, kas iegūts klonēšanas rezultātā, sauca par klonu.

Ģenētikas attīstības procesā šo terminu sāka attiecināt ne tikai uz augiem, bet arī uz baktēriju ģenētisko audzēšanu.

Jau divdesmitā gadsimta beigās zinātnieki sāka aktīvi apspriest cilvēku klonēšanu. Tādējādi jēdzienu "klons" sāka lietot plašsaziņas līdzekļos, vēlāk arī literatūrā un mākslā.

Runājot par baktērijām, klonēšana ir praktiski vienīgais vairošanās veids. Tieši “klonēšanas baktērijas” tiek izmantotas gadījumos, kad process ir mākslīgs un cilvēka kontrolēts. Šis termins neattiecas uz mikroorganismu dabisko vairošanos.

Gēnu inženierija

Gēnu inženierija ir cilvēka iejaukšanās izraisītas mākslīgas izmaiņas mikroorganisma genotipā, lai iegūtu ražu ar nepieciešamajām īpašībām.

Gēnu inženierija nodarbojas ar ne tikai mikroorganismu, bet arī cilvēku izpēti un izpēti, aktīvi pētot ar imūnsistēmu un onkoloģiju saistītas slimības.

Augu šūnu biotehnoloģija

Šūnu biotehnoloģijas pamatā ir šūnu, audu un protoplastu izmantošana. Lai veiksmīgi pārvaldītu šūnas, ir nepieciešams tās atdalīt no auga un radīt tām visus nepieciešamos apstākļus veiksmīgai eksistencei un vairošanai ārpus auga ķermeņa. Šo šūnu audzēšanas un pavairošanas metodi sauc par “izolētu audu kultūru”, un tā ir ieguvusi īpašu nozīmi tās iespējamās pielietošanas dēļ biotehnoloģijā.

Biotehnoloģija mūsdienu pasaulē un cilvēka dzīvē

Potenciāls, ko biotehnoloģija paver cilvēkiem, ir liels ne tikai fundamentālajā zinātnē, bet arī citās darbības un zināšanu jomās. Izmantojot biotehnoloģiskās metodes, ir kļuvusi iespējama visu nepieciešamo olbaltumvielu masveida ražošana.

Fermentācijas produktu iegūšanas procesi ir kļuvuši daudz vienkāršāki. Nākotnē biotehnoloģija uzlabos dzīvniekus un augus. Zinātnieki apsver iespējas apkarot iedzimtas slimības, izmantojot gēnu inženieriju.

Gēnu inženierija kā galvenais virziens biotehnoloģijā būtiski paātrina pārtikas, lauksaimniecības, enerģētikas un vides krīžu problēmas risināšanu.

Biotehnoloģija visvairāk ietekmē medicīnu un farmāciju. Tiek prognozēts, ka nākotnē būs iespējams diagnosticēt un ārstēt tās slimības, kurām ir statuss “neārstējams”.

Dažu biotehnoloģiju sasniegumu ētiskie aspekti

Pēc tam, kad kļuva zināms, ka dažas zinātniskās laboratorijas ne tikai veica eksperimentus ar cilvēka embrijiem, bet arī mēģināja klonēt cilvēkus, par šo jautājumu sākās karstas diskusijas vilnis ne tikai zinātnieku, bet arī parasto cilvēku vidū.

Biotehnoloģijā ar cilvēka klonēšanu ir saistītas divas ētiskas problēmas:

  • terapeitiskā klonēšana (cilvēka embriju audzēšana, lai izmantotu to šūnas ārstēšanai);
  • reproduktīvā klonēšana (cilvēka klonu izveide).

Mūsdienu biotehnoloģijas sasniegumi un problēmas

Ar biotehnoloģiju palīdzību ir iegūts un tiks iegūts milzīgs daudzums produktu veselības aprūpei, lauksaimniecībai, pārtikas un ķīmiskajai rūpniecībai. Ir vērts pieminēt, ka daudzus produktus nevarēja iegūt citādā veidā.

Runājot par problēmām, galvenie ir ētiskie aspekti, kas saistīti ar to, ka sabiedrība noliedz un uzskata cilvēka vai cilvēka embrija klonēšanu negatīvu.

Biotehnoloģijas pašreizējais stāvoklis un perspektīvas

Biotehnoloģijā aktīvi sākusi attīstīties cilvēcei vērtīgo vielu mikrobu sintēzes nozare. Tas var izraisīt uz augiem un dzīvniekiem balstītas pārtikas piegādes lomas sadali mikrobu sintēzes virzienā.

Vēl viens svarīgs un daudzsološs zinātnes virziens ir videi draudzīgas enerģijas iegūšana, izmantojot biotehnoloģiju.

Uzņēmumi, kas izstrādā jaunas biotehnoloģijas

Žurnāls Forbes iepazīstināja ar pasaules inovatīvāko biotehnoloģiju uzņēmumu sarakstu, tostarp tādiem uzņēmumiem kā Genentech, Novartis International AG, Merck & Co, Pfizer, Sanofi un Perrigo. Visi šie uzņēmumi ir tieši saistīti ar farmāciju un attīstās šajā virzienā.

Daudzi uzņēmumi veiksmīgi piedalās Krievijas biotehnoloģiju tirgus attīstībā:

  1. Novartis International AG ir uzņēmums, kas nodarbojas ar vakcīnu izstrādi un medikamentu ražošanu onkoloģijas jomā, viens no uzņēmumiem darbojas Sanktpēterburgā.
  2. Pfizer ražo bezrecepšu zāles dažādās medicīnas jomās. Pfizer jau vairākus gadus īsteno programmu “Vairāk nekā izglītība” Krievijā saskaņā ar līgumiem ar Maskavas Valsts universitāti. M.V. Lomonosovs un Sanktpēterburgas Valsts ķīmijas un farmācijas akadēmija.
  3. Sanofi ir uzņēmums, kas nodarbojas ar zāļu ražošanu diabēta un sklerozes ārstēšanai. Krievijā veiksmīgi darbojas uzņēmuma unikālais uzņēmums - pilna cikla insulīna ražotne Sanofi-Aventis Vostok.

Krievijā īpaša loma ir Skolkovas inovāciju centra biomedicīnas tehnoloģiju klasterim, RVC OJSC un Rusnano OJSC. Uzņēmumi OJSC Akrikhin, LLC Geropharm un NPF Litech nodarbojas ar farmācijas un medicīnas biotehnoloģijām. Himraras augsto tehnoloģiju centrs apvieno augsto tehnoloģiju organizācijas, kas vada inovatīvu 14 uzņēmumu izstrādi un ražošanu, kuri izstrādā zāles, kuru pamatā ir jaunākās “postgenomiskās” tehnoloģijas.

Turklāt ir jauni jaunuzņēmumi, kas izstrādā jaunas biotehnoloģijas:

  • "3D Bioprinting Solutions" izmanto trīsdimensiju biodruku, lai izveidotu orgānus no pacienta cilmes šūnām;
  • BioMicroGels piedāvā jaunumus ūdens un augsnes attīrīšanai, izmantojot mikrogēlus.
  • Biomedicīnas saimniecība Atlas OhmyGut projekta ietvaros analizē ķermeņa mikrobiotu.
Izlasiet citus mūsu rakstus:

Medicīniskā biotehnoloģija ir jauns vārds, moderns posms cilvēces attīstībā. Iepriekš nepieredzētie notikumi ļauj pacelt cilvēku uz nākamo sociālās evolūcijas pakāpi. Galu galā tie ļauj mums radikāli mainīt attīstības vektoru. Lai neaprobežotos ar vispārīgām frāzēm, raksta stāstījuma pamatā būs Minskas Transfuzioloģijas un medicīniskās biotehnoloģijas republikāniskā zinātniskā un praktiskā centra sniegtie dati.

Ievadinformācija

Cilvēce piedzīvo labklājības laikmetu. Profilaktiskā un klīniskā medicīna gūst eksponenciālu progresu, tāpat kā farmācijas nozare. To veicina izcili sasniegumi biotehnoloģijā, kā arī vairākās citās zinātnes un tehnikas jomās. Tas, kas vēl vakar šķita fantastisks, šodien pamazām kļūst par mūsu dzīves sastāvdaļu. Inovācijām informācijas, ģenētisko un citu tehnoloģiju jomā ir potenciāls nodrošināt uzvaru cīņā pret daudzām slimībām. Kā? Piemēram, cilvēka genoma korekcijas var palielināt paredzamo dzīves ilgumu. Arī novecojošu orgānu atjaunošana vai aizstāšana pozitīvi ietekmēs ikvienu, kam šī ārstēšana ir veikta. Grūtniecība ārpus dzemdes? Izlabosim. Izmeklēt un attālināti konsultēt pacientus? Ir diezgan reāls.

Par lietotajām zālēm

Lielākais progress sasniegts farmācijā. Tās sasniegumi ietver šādas zāles:

  1. Daļēji sintētiskas/dabiskas antibiotikas, kas var kavēt dzīvo šūnu augšanu. Kā piemēru var minēt šūnu biosintēzes inhibitorus, RNS (polimēra, folijskābes metabolisma, DNS matricas līmenī), molekulārās organizācijas traucētājus.
  2. Steroīdu hormoni. Tiem piemīt pretvēža, anaboliskas, kontracepcijas un pretiekaisuma īpašības.
  3. Mono- un kompleksās zāles, kuru pamatā ir aminoskābes. Piemēri ir glicīns, glutamīns, metionīns, raverons, rumalons, timogēns, cerebrolizīns, cisteīns, embrioblasts.
  4. Ūdenī un taukos šķīstošie vitamīni, kuriem ir augsta bioloģiskā vērtība un kas kalpo kā aktīvi katalizatori vielmaiņas procesiem organismā. Kā piemēru varam minēt B grupu, kā arī C, A, E, K.
  5. Probiotikas, kas optimizē mikrobioloģisko stāvokli. Tajos ietilpst laktobacilli, bifidobaktērijas un pienskābes baktērijas, enterokoki (daži to celmi).
  6. Leikocītu un kas ir piemērots vīrusu hepatīta un līdzīgu problēmu ārstēšanai.
  7. Fermenti, kas piedalās dzīvo organismu bioķīmiskās reakcijās. Piemēram, mēs varam atgādināt transferāzes, liāzes, izomerāzes, hidrolāzes un ligāzes.
  8. Vakcīnas, kas uzlabo imūnsistēmas aizsargfunkcijas pret patogēniem vīrusiem un destruktīviem organismiem. Tos pat var iegūt, izmantojot rekombinantās DNS tehnoloģiju.

Pretnovecošanas

Runājot par to, kas ir medicīniskā biotehnoloģija, mēs nevaram ignorēt tās izcilo ieguldījumu, lai cīnītos pret pagrimuma procesu. Tas ir iespējams, pateicoties atklājumiem molekulārajā bioloģijā, cilvēka genoma atšifrēšanai un DNS struktūras atšķetināšanai, kā arī vairākiem citiem panākumiem. To praktiskā plaša izmantošana ir tuvu realizācijai. Nākamajās desmitgadēs gēnu diagnostika un gēnu terapija kļūs par mūsu dzīves sastāvdaļu. Tie ļaus kvalitatīvi uzlabot medicīnisko aprūpi un jau embrionālajā stadijā identificēt un saudzīgi likvidēt atsevišķu slimību (onkoloģisko, ģenētisko, infekciozo) pirmsākumus.

Kas ir nanobiotehnoloģija?

Šī joma ir pelnījusi īpašu uzmanību aplūkojamo jautājumu kontekstā. Gandrīz jebkurš biotehnoloģijas medicīnas centrs ir ieinteresēts izcilos rezultātos. Un, kā tas bieži notiek, tos var iegūt dažādu darba jomu krustojumā. Bio- un nanotehnoloģiju sintēze kļuva par šādu kombināciju. Piemēram, mērķtiecīga zāļu piegāde, izmantojot nanokapsulas. Kāpēc ne variants? Ķirurģisko operāciju veikšana, izmantojot augstas precizitātes instrumentus, bioreaktoru izgatavošana cilmes šūnu audzēšanai, zondes mikroskopu un biosensoru izveide, ķermeņa šķidrumu filtrēšana no kaitīgām vielām, pateicoties membrānām ar nanoporām, antibakteriālie pārsēji, kas piesūcināti ar vielu, kas ļauj nekavējoties apturēt asiņošanu - viss tas nav ierobežojums.

Par strīdīgiem aspektiem

Jāpiebilst, ka republikāniskais Transfuzioloģijas un medicīniskās biotehnoloģijas zinātniski praktiskais centrs nedarbojas bez problēmām. Galu galā darbība ietver darbu ar vairākiem strīdīgiem jautājumiem. Ja jūs tos visus uzskaitīsit, jūs iegūsit ievērojama izmēra sarakstu. Tāpēc pareizāk ir vienkārši izcelt svarīgākos punktus:

  1. Nepietiekamas zināšanas par ģenētisko manipulāciju sekām.
  2. Grūtības noteikt pieļaujamās antropogēnās iejaukšanās robežas notiekošajos bioloģiskajos procesos.
  3. No cilvēka cieņas un sevis uztveres pozīcijām veikto darbību morālās un ētiskās neskaidrības.

Ja medicīniskā biotehnoloģija spēs sniegt veiksmīgas un apmierinošas atbildes uz šiem jautājumiem un izaicinājumiem, tad būs visi priekšnoteikumi tās drošai lietošanai. Un tad katrs varēs apzināties, cik vērienīgs un neatkarīgs solis ir sperts kontrolētas evolūcijas virzienā.

Speciālistu apmācība

Mūsu mašīnu un robotu laikmetā cilvēce ir iemācījusies uzticēt smagu un vienmuļu darbu saviem bezsamaņā esošajiem palīgiem. Diemžēl pētniecības un zinātnes attīstības jomas ir pārāk sarežģītas, lai tās pārnestu uz mehāniskām un elektroniskām ierīcēm. Un šeit, kā nekur citur, ir būtisks apgalvojums, ka personāls visu izlemj. Tāpēc tika ieviesta atsevišķa specialitāte - medicīniskā biotehnoloģija. Apmācībai ir jāapgūst fermentācija, atsevišķas dzīvnieku un augu šūnas un gēnu inženierija. Tātad, ja mēs runājam par pēdējo, tad ir jāpiemin mazo dzīvības formu diagnostika un noteikšana. Turklāt viņa strādā pie gēnu klonēšanas un sekvencēšanas, kā arī to ķīmiskās analīzes.

Kā darbojas Transfuzioloģijas un medicīniskās biotehnoloģijas centrs?

Pieņemsim, ka pētnieki saskaras ar noteiktu uzdevumu. Šajā gadījumā aktuāls kļūst jautājums par to, kā to īstenot un sasniegt mērķus. Atkarībā no darba faktora izšķir fizikālās un ķīmiskās metodes, un pēc iedarbības rakstura - neselektīvas (pirmajā gadījumā tā ir dezinfekcija un sterilizācija, otrajā - ķīmijterapija).

Apskatīsim, kāda ir pirmā iespēja. Fiziskās metodes nozīmē:

  1. Termiskā apstrāde. Tie ir pīrsings, pasterizācija, vārīšana, autoklāvēšana.
  2. Apstarošana (gamma, rentgena starojums, ultravioletais starojums, mikroviļņu krāsns).
  3. Filtrēšana (vielas izlaišana caur noteiktiem šķēršļiem un materiāliem ar, piemēram, 200 nanometru porām).

Ķīmiskās metodes ietver:

  1. Nespecifiska darbība. Tos izmanto telpu apstrādei un kā antiseptiķi. Piemēri ir jods, hlors, aldehīdi, spirti, smago metālu sāļi, sārmi un skābes, katjonu mazgāšanas līdzekļi, oksidētāji, fenoli.
  2. Selektīvas zāles. Tie ietver zāles, kas nomāc noteiktu dzīves aspektu. Vispirms jāatceras par antibiotikām, kā arī ķīmijterapijas zālēm.

Medicīnas un vides biotehnoloģijas ietver dažādu instrumentu plašu izmantošanu. Tāpēc nav iespējams iztikt bez detalizēta to darba un piemērošanas vispārīgo noteikumu apraksta. Un izskatīšanas objekts būs antibiotikas.

Kā notiek darbs?

Pieņemsim, ka mums ir medicīnas/vides instrumentu un biotehnoloģiju kopa. Mūsu rīcībā ir vairāki tūkstoši vielu, kas klasificētas kā antibiotikas. Taču patiesībā par pamatu narkotikām tiek izmantots daudz mazāks daudzums. Tas ir saistīts ar esošajām prasībām, kas ierobežo izmantošanu:

  1. Jābūt efektīvai zemās koncentrācijās.
  2. Ir nepieciešams nodrošināt stabilitāti ķermenī un dažādos uzglabāšanas apstākļos.
  3. Jābūt zemai toksicitātei (vai toksicitātei vispār nav).
  4. Nepieciešams nosacījums ir izteikta baktericīda un/vai bakteriostatiska iedarbība.
  5. Būtiskām blakusparādībām nevajadzētu būt.
  6. Nav imūnsupresīvas iedarbības.

Ja ar to nav problēmu, laboratorijas un medicīnas biotehnoloģijas institūti pāriet uz nākamo posmu, kas sastāv no antibiotiku sadalīšanas pēc to izcelsmes, fokusa, spektra un darbības mehānisma.

Klasifikācijas piemērs

Antibiotikas tiek klasificētas atkarībā no to darbības spektra:

  • Pretaudzēju. Piemērs ir rifampicīns.
  • Prettuberkuloze. Piemēri ir kanimicīns un streptomicīns.
  • Pretsēnīšu līdzeklis. Tie ir nistatīns, amfotericīns, nizorāls, levarīns.
  • Plaša spektra antibiotikas. Tie ir "Streptomicīns" un "Neomicīns".
  • Zāles, kas iedarbojas uz grampozitīvu mikrofloru. Tie ietver penicilīnu un eritromicīnu.
  • Zāles, kas iedarbojas uz gramnegatīvo mikrofloru. Slavenākais pārstāvis ir "Polymyxin".

Kā ar citām norisēm?

Medicīnas biotehnoloģijas jomas ir tik daudz un dažādas, ka nav iespējams mēģināt izstrādāt universālu recepti visām tām. Piemēram, metodes, ko izmanto ar antibiotikām, ir maz noderīgas gēnu inženierijā. Tas attiecas ne tikai uz pētniecību, bet arī uz izstrādņu reproducēšanu un uzlabošanu. Piemēram, antibiotiku medicīniskā biotehnoloģija jau ir labi izpētīta. Un tagad mums ir daudz zāļu, kas ļauj cīnīties ar visbriesmīgākajām slimībām. Taču diemžēl joprojām ir grūti novērst ģenētiskās problēmas.

Vēl viens aktivitātes piemērs

Gēnu inženierija tagad tiek uzskatīta par ļoti daudzsološu darba jomu. Padomājiet – tas potenciāli var palīdzēt pārvarēt daudzas slimības un negatīvus cilvēku veselības stāvokļus. Dauna sindromu, tieksmi uz problēmām ar sirds sistēmu un daudzas citas problēmas var atrisināt vai samazināt līdz minimumam, pateicoties gēnu terapijai. Nevajadzēs gaidīt, kamēr cilvēku paaudzes izveidos imunitāti (ko pavada daudzi nāves gadījumi). Pietiks ar kaut ko līdzīgu injekciju sērijai - un cilvēka problēma tiks atrisināta, un parādīsies imunitāte.

Secinājums

Tehnoloģijas medicīnas jomā mums paver plašas iespējas. Mūsdienās cilvēce ir tuvāk nekā jebkad agrāk, lai apņēmīgi likvidētu slimības un fiziskos traucējumus, kas mūs ir nomocījuši tūkstošiem gadu. Lai cik paradoksāli tas liktos, mūsu virzība uz šo mērķi nav tik strauja, kā gribētos. Kāpēc? Šeit var atgādināt pētniecības iestāžu komerciālo orientāciju, pastāvošos juridiskos ierobežojumus un pieejamo tehnoloģiju ļaunprātīgu izmantošanu. Pēdējās situācijas piemērs ir antibiotiku lietošana. Šīs zāles ir diezgan izplatītas un bieži vien ir pieejamas bez receptes. Daudzās atpalikušajās valstīs to lietošana un pārdošana parasti ir slikti regulēta vai vispār nav ierobežota. Tāpēc antibiotikas bieži tiek lietotas bez ārsta receptes un nepareizās devās (pārāk mazas vai pārkāpjot laika ierobežojumus). Un tas viss veicina to, ka mikroorganismiem attīstās rezistence, un medikamenti zaudē savas īpašības.

(Šī ir “tukša” studentu atskaitei par biotehnoloģiju, kas jāpapildina un jāpaplašina patstāvīgi.)

Plānot

    Jēdziena "biotehnoloģija" definīcija.

    Biotehnoloģijas vēsturiskais fons.

    Mūsdienu biotehnoloģiju vēsture.

    Biotehnoloģijas pamatmetodes.

    Biotehnoloģijas nozīme un perspektīvas.

Jēdzienam “biotehnoloģija” var dot daudzas definīcijas, kas pēc nozīmes ir tuvu viena otrai.

1. Jēdziena "biotehnoloģija" definīcija.

Jēdziena "biotehnoloģija" definīciju varianti

1. (pieder inženierim Ereki, kurš pirmais formulēja biotehnoloģijas jēdzienu): Tie ir visi darba veidi, kuros no izejvielām ar dzīvo organismu palīdzību tiek ražoti noteikti produkti.
2. — šis ir rūpniecisko metožu kopums, kurā izmanto dzīvos organismus.
3. — šī ir dzīvo organismu vai bioloģisko procesu izmantošana rūpnieciskā veidā.
4.: šī ir lietišķa zinātne, kas izmanto gēnu un šūnu inženierijas metodes, lai rūpnieciski ražotu bioloģiskus produktus.

5. Biotehnoloģija nav ražošana, bet gan pētniecība preču un pakalpojumu rūpnieciskās ražošanas jomā ar dzīvo organismu, bioloģisko sistēmu un procesu līdzdalību (B. Gliks, J. Pasternaks, 2002).

Biotehnoloģija plašā nozīmē ir zinātniska disciplīna un prakses joma, kas robežojas starp bioloģiju un tehnoloģijām, kas izmanto tehnoloģiskos procesus darbā ar bioloģiskiem objektiem vai, gluži pretēji, izmanto bioloģiskos objektus tehnoloģiskajos procesos.

Kopumā biotehnoloģija pēta veidus un metodes, kā ar tehnoloģiskajos procesos iekļauto bioloģisko objektu palīdzību mainīt dabisko vidi ap cilvēku atbilstoši viņu vajadzībām.

Biotehnoloģija šaurā nozīmē ir metožu un paņēmienu kopums cilvēkiem nepieciešamo produktu iegūšanai, izmantojot bioloģiskos objektus. Biotehnoloģija ietver ģenētisko, šūnu un vides inženieriju.

Biotehnoloģija, jeb bioprocesu tehnoloģija ir bioloģisko struktūru rūpnieciska izmantošana pārtikas un rūpniecības produktu ražošanai, kā arī mērķtiecīgu pārveidojumu veikšanai.

Bioloģiskās struktūras (bioloģiskie objekti) - tie ir mikroorganismi, augu un dzīvnieku šūnas, šūnu komponenti: šūnu membrānas, ribosomas, mitohondriji, hloroplasti, kā arī bioloģiskās makromolekulas (DNS, RNS, olbaltumvielas - visbiežāk fermenti). Biotehnoloģija izmanto arī vīrusu DNS vai RNS, lai šūnās pārnestu svešus gēnus.

Tradicionālā, klasiskā izpratnē biotehnoloģija ir zinātne par metodēm un tehnoloģijām dažādu vielu un produktu ražošanai, izmantojot dabas bioloģiskos objektus un procesus.

Jēdziens "jaunā" biotehnoloģija pretstatā " vecā" biotehnoloģija izmanto bioprocesu atdalīšanai, izmantojot gēnu inženierijas metodes, jaunas bioprocesoru tehnoloģijas un tradicionālākas bioprocesu formas. Tātad ierastā alkohola ražošana fermentācijas procesā ir “vecā” biotehnoloģija, bet rauga izmantošana šajā procesā, kas uzlabota ar gēnu inženierijas metodēm, lai palielinātu spirta iznākumu, ir “jaunā” biotehnoloģija.

Termins "biotehnoloģija" pirmo reizi ierosināja ungāru inženieris Kārlis Ereki(1917), aprakstot cūkgaļas (galaprodukta) ražošanu, kā cūku barību izmantojot cukurbietes (izejvielu) (biotransformācija).

Ar biotehnoloģiju K. Ereki saprata “visus darba veidus, kuros ar dzīvo organismu palīdzību no izejvielām tiek ražoti noteikti produkti”. Visas turpmākās šī jēdziena definīcijas ir tikai K. Ereki novatoriskā un klasiskā formulējuma variācijas.

Mūsdienu biotehnoloģija ir zinātne par gēnu inženieriju un šūnu metodēm un tehnoloģijām ģenētiski pārveidotu bioloģisko objektu radīšanai un izmantošanai, lai intensificētu ražošanu vai iegūtu jauna veida produktus dažādiem mērķiem.

Biotehnoloģijas metodes var izmantot šādos līmeņos: molekulārā (manipulācijas ar atsevišķām gēna daļām), gēna, hromosomu, plazmīdu līmenī, šūnu, audu, organisma un populācijas līmenī.

Stenlijs Koens un Herberts Boiers izstrādāja 1973. gadā gēnu pārneses metode no viena organisma uz otru. Koens rakstīja: "...cerība ir, ka E. coli būs iespējams ieviest gēnus, kas saistīti ar vielmaiņas vai sintētiskām funkcijām, kas atrodamas citās sugās, piemēram, gēnus fotosintēzei vai antibiotiku ražošanai." Ar viņu darbu sākās jauns laikmets molekulārajā biotehnoloģijā. Ir izstrādāts liels skaits paņēmienu, lai 1) identificētu 2) izolētu; 3) sniedz aprakstu; 4) izmantot gēnus.

1978. gadā uzņēmuma Genetech (ASV) darbinieki pirmo reizi izolēja DNS sekvences, kas kodē cilvēka insulīnu, un pārnesa tās uz klonēšanas vektoriem, kas spēj vairoties Escherichia coli šūnās. Šīs zāles var lietot pacienti ar cukura diabētu, kuriem bija alerģiska reakcija pret cūku insulīnu.

Pašlaik molekulārā biotehnoloģija ļauj iegūt milzīgu skaitu produktu: insulīnu, interferonu, “augšanas hormonus”, vīrusu antigēnus, milzīgu skaitu olbaltumvielu, medikamentu, mazmolekulāru vielu un makromolekulu.

Šūnu tehnoloģiju izmantošana augu izcelsmes bioloģiski aktīvo vielu rūpnieciskai ražošanai

Nosaukts Augu fizioloģijas institūts. K.A.Timiryazev RAS, Maskava, 127276

Augu izcelsmes bioloģiski aktīvo vielu (BAS) izmantošanu bieži ierobežo augu resursu pieejamība un tās var nopietni apdraudēt retas ārstniecības augu sugas. Augstāko augu šūnu kultūras var kalpot kā atjaunojams vērtīgu sekundāro metabolītu avots, taču līdz šim ir zināmi tikai daži to komerciālās izmantošanas piemēri. Šīs situācijas galvenie iemesli ir nepietiekama šūnu kultūru produktivitāte sekundārajiem metabolītiem un augstās audzēšanas izmaksas. Izmantojot tradicionālās metodes - produktīvo celmu selekciju, barotņu optimizāciju, elimināciju, sintēzes prekursoru pievienošanu - ir iespējams palielināt augu šūnu kultūru produktivitāti par vienu vai divām kārtām. Metabolisma inženierijas metodes - proteīna gēnu pārmērīga ekspresija vai izslēgšana, kas nosaka mērķa produkta sintēzi - var būtiski mainīt šūnu biosintēzes spējas in vitro. Tajā pašā laikā šūnu kultūrā vēl nav iegūti daudzi sekundārie savienojumi, kas var būt saistīts ar šūnu kultūras - eksperimentāli izveidotas somatisko šūnu populācijas - kā bioloģiskas sistēmas specifiku. Šajos gadījumos var būt efektīva augu orgānu kultūru vai transformētu sakņu (matainās saknes) izmantošana. Notiek darbs, lai iegūtu sekundāros augu metabolītus raugā un baktērijās, kas pārveidotas ar augu gēniem.

Literatūra:

(Norādiet šī ziņojuma sastādīšanai izmantoto literatūru, tostarp interneta vietnes.)

Biotehnoloģija bieži tiek saukta par gēnu inženierijas pielietojumu 20. un 21. gadsimtā, taču šis termins attiecas arī uz plašāku bioloģisko organismu modificēšanas procesu kopumu, lai apmierinātu cilvēku vajadzības, sākot ar augu un pieradinātu dzīvnieku modifikāciju, izmantojot mākslīgo atlasi. un hibridizācija. Ar modernu metožu palīdzību tradicionālajai biotehnoloģiskajai ražošanai ir iespēja uzlabot pārtikas produktu kvalitāti un paaugstināt dzīvo organismu produktivitāti.

Biotehnoloģijas pamatā ir ģenētika, molekulārā bioloģija, bioķīmija, embrioloģija un šūnu bioloģija, kā arī lietišķās disciplīnas – ķīmiskās un informācijas tehnoloģijas un robotika.

Biotehnoloģijas vēsture

Biotehnoloģiju saknes sniedzas tālā pagātnē un ir saistītas ar cepšanu, vīna darīšanu un citām gatavošanas metodēm, kas cilvēkiem bija zināmas senatnē. Piemēram, tāds biotehnoloģisks process kā fermentācija ar mikroorganismu piedalīšanos bija zināms un plaši izmantots senajā Babilonijā, par ko liecina alus pagatavošanas apraksts, kas līdz mums nonācis piezīmes veidā uz atklātas tabletes. 1981. gadā izrakumos Babilonā. Biotehnoloģija kļuva par zinātni, pateicoties franču zinātnieka, mūsdienu mikrobioloģijas un imunoloģijas pamatlicēja Luija Pastēra (1822-1895) pētījumiem un darbam. Terminu “biotehnoloģija” pirmo reizi lietoja ungāru inženieris Karls Erekijs 1917. gadā.

Divdesmitajā gadsimtā, izmantojot ķīmijas un fizikas sasniegumus, notika strauja molekulārās bioloģijas un ģenētikas attīstība. Vissvarīgākā pētniecības joma bija augu un dzīvnieku šūnu kultivēšanas metožu izstrāde. Un, ja vēl nesen rūpnieciskiem nolūkiem audzēja tikai baktērijas un sēnītes, tad tagad ir iespējams ne tikai izaudzēt jebkuras šūnas biomasas ražošanai, bet arī kontrolēt to attīstību, īpaši augos. Tādējādi jaunas zinātniskās un tehnoloģiskās pieejas ir pārtapušas biotehnoloģisko metožu attīstībā, kas ļauj tieši manipulēt ar gēniem, radīt jaunus produktus, organismus un mainīt esošo īpašības. Šo metožu izmantošanas galvenais mērķis ir pilnvērtīgāk izmantot dzīvo organismu potenciālu cilvēka saimnieciskās darbības interesēs.
70. gados parādījās un aktīvi attīstījās tādas nozīmīgas biotehnoloģijas jomas kā ģenētiskā (jeb gēnu) un šūnu inženierija, iezīmējot “jaunās” biotehnoloģijas sākumu, atšķirībā no “vecās” biotehnoloģijas, kas balstīta uz tradicionālajiem mikrobioloģiskajiem procesiem. Tādējādi tradicionālā alkohola ražošana fermentācijas ceļā ir “veca” biotehnoloģija, bet ģenētiski modificēta rauga izmantošana šajā procesā alkohola iznākuma palielināšanai ir “jauna” biotehnoloģija.

Tā 1814. gadā Sanktpēterburgas akadēmiķis K. S. Kirhhofs (biogrāfija) atklāja bioloģiskās katalīzes fenomenu un ar biokatalītisko metodi (līdz 19. gs. vidum cukuru ieguva tikai no cukurniedrēm) mēģināja iegūt cukuru no pieejamām pašmāju izejvielām. . 1891. gadā ASV japāņu bioķīmiķis Dz. Takamine saņēma pirmo patentu fermentu preparātu izmantošanai rūpnieciskiem mērķiem: zinātnieks ierosināja izmantot diastāzi augu atkritumu saharifikācijai.

20. gadsimta sākumā aktīvi attīstījās fermentācijas un mikrobioloģiskās nozares. Šajos pašos gados tika veikti pirmie mēģinājumi izveidot antibiotiku, no rauga iegūto pārtikas koncentrātu ražošanu, kontrolēt augu un dzīvnieku izcelsmes produktu fermentāciju.

Pirmā antibiotika – penicilīns – tika izolēta un attīrīta līdz pieņemamam līmenim 1940. gadā, kas deva jaunus uzdevumus: mikroorganismu ražoto ārstniecisko vielu rūpnieciskās ražošanas meklēšanu un izveidi, darbu izmaksu samazināšanai un jaunu bioloģiskās drošības līmeņa paaugstināšanai. narkotikas.

Papildus plašajai izmantošanai lauksaimniecībā, uz gēnu inženierijas bāzes ir izveidojusies vesela farmācijas nozares nozare, ko sauc par "DNS industriju", kas ir viena no mūsdienu biotehnoloģijas nozarēm. Vairāk nekā ceturtā daļa no visām pasaulē pašlaik lietotajām zālēm satur augu izcelsmes sastāvdaļas. Ģenētiski modificēti augi ir lēts un drošs avots pilnībā funkcionējošu ārstniecisko proteīnu (antivielu, vakcīnu, fermentu u.c.) iegūšanai gan cilvēkiem, gan dzīvniekiem. Gēnu inženierijas izmantošanas piemēri medicīnā ir arī cilvēka insulīna ražošana, izmantojot ģenētiski modificētas baktērijas, eritropoetīna ražošana (hormons, kas stimulē sarkano asins šūnu veidošanos kaulu smadzenēs. Šī hormona fizioloģiskā loma ir regulēt sarkano asins šūnu ražošana atkarībā no organisma nepieciešamības pēc skābekļa) šūnu kultūrā (t.i. ārpus cilvēka ķermeņa) vai jaunas eksperimentālo peļu šķirnes zinātniskiem pētījumiem.

20. gadsimtā lielākajā daļā pasaules valstu galvenie medicīnas centieni bija vērsti uz infekcijas slimību apkarošanu, zīdaiņu mirstības samazināšanu un vidējā dzīves ilguma palielināšanu. Valstis ar attīstītākām veselības aprūpes sistēmām šādā veidā ir guvušas tik daudz panākumus, ka tās ir atklājušas iespēju novirzīt uzsvaru uz hronisku slimību, sirds un asinsvadu sistēmas slimību un vēža ārstēšanu, jo tieši šīs slimību grupas ir izraisījušas lielākais mirstības pieauguma procents.

Šobrīd jau ir parādījušās praktiskas iespējas būtiski samazināt vai koriģēt iedzimtības faktoru negatīvo ietekmi. Medicīnas ģenētika skaidroja, ka daudzu gēnu mutāciju cēlonis ir mijiedarbība ar nelabvēlīgiem vides apstākļiem, un līdz ar to, risinot vides problēmas, iespējams samazināt saslimstību ar vēzi, alerģijām, sirds un asinsvadu slimībām, diabētu, garīgām slimībām un pat dažām infekcijas slimībām. . Tajā pašā laikā zinātnieki spēja identificēt gēnus, kas ir atbildīgi par dažādu patoloģiju izpausmēm un veicina paredzamā dzīves ilguma palielināšanos. Lietojot medicīniskās ģenētikas metodes, labi rezultāti iegūti 15% slimību ārstēšanā, un ievērojams uzlabojums novērots gandrīz 50% slimību.

Tādējādi ievērojami sasniegumi ģenētikā ir ļāvuši ne tikai sasniegt molekulāro līmeni ķermeņa ģenētisko struktūru izpētē, bet arī atklāt daudzu nopietnu cilvēka slimību būtību un pietuvoties gēnu terapijai.

Klonēšana ir viena no metodēm, ko izmanto biotehnoloģijā, lai radītu identiskus pēcnācējus aseksuālās reprodukcijas ceļā. Pretējā gadījumā klonēšanu var definēt kā ģenētiski identisku vienas šūnas vai organisma kopiju izgatavošanas procesu. Tas ir, klonēšanas rezultātā iegūtie organismi ir ne tikai līdzīgi pēc izskata, bet arī tajos iestrādātā ģenētiskā informācija ir absolūti vienāda.

Pirmais mākslīgi klonētais daudzšūnu organisms bija aita Dollija 1997. gadā. 2007. gadā Elizabete II vienam no klonētās aitas radītājiem par šo zinātnes sasniegumu piešķīra bruņinieka titulu.

Biotehnoloģijas sasniegumi

Jau iegūtas transgēnas peles, truši, cūkas, aitas, kuru genomā darbojas dažādas izcelsmes svešie gēni, tostarp baktēriju, rauga, zīdītāju, cilvēku gēni, kā arī transgēni augi ar citu, nesaistītu sugu gēniem. Piemēram, pēdējos gados ir iegūta jauna transgēnu augu paaudze, kam raksturīgas tādas vērtīgas īpašības kā izturība pret herbicīdiem, kukaiņiem u.c.

Mūsdienās gēnu inženierijas metodes ir ļāvušas rūpnieciskos daudzumos sintezēt tādus hormonus kā insulīns, interferons un somatotropīns (augšanas hormons), kas nepieciešami vairāku cilvēka ģenētisko slimību - cukura diabēta, noteikta veida ļaundabīgo audzēju, pundurisma - ārstēšanai. ,

Izmantojot ģenētiskās metodes, tika iegūti arī mikroorganismu celmi (Ashbya gossypii, Pseudomonas denitrificans u.c.), kas ražo desmitiem tūkstošu reižu vairāk vitamīnu (C, B 3, B 13 u.c.) nekā sākotnējās formas.

Ļoti svarīga šūnu inženierijas joma ir saistīta ar agrīnām embrioģenēzes stadijām. Piemēram, olšūnu apaugļošana in vitro jau var pārvarēt dažus bieži sastopamus cilvēku neauglības veidus.

Augu šūnu kultūru izdevīgi izmantot lēni augošu augu ātrai pavairošanai - žeņšeņa, eļļas palmu, aveņu, persiku u.c.

Daudzus gadus vides piesārņojuma problēmas risināšanai tiek izmantotas biotehnologu izstrādātās bioloģiskās metodes. Tādējādi Rhodococcus un Nocardia ģints baktērijas tiek veiksmīgi izmantotas naftas ogļūdeņražu emulgācijai un sorbcijai no ūdens vides. Tie spēj atdalīt ūdens un eļļas fāzes, koncentrēt eļļu un attīrīt notekūdeņus no eļļas piemaisījumiem.

Referāts par tēmu “Biotehnoloģija. Vēsture un sasniegumi” atjaunināts: 2019. gada 9. jūnijā: Zinātniskie raksti.Ru