Pēdējā desmitgadē jēdziens "biotehnoloģija" arvien biežāk parādās virsrakstos, un atklājumi šajā jomā ir kļuvuši par karstu diskusiju cēloni. Patiešām, zinātne pēdējos gados ir sasniegusi vislielāko attīstību, un tehnikas progress to ir veicinājis lielākā mērā, bet biotehnoloģija ir izmantota ikdienas dzīvē daudzus gadsimtus.

Biotehnoloģijas attīstības vēsture

Kopš seniem laikiem cilvēki ir izmantojuši biotehnoloģiju vīna, siera gatavošanai un citām ēdiena gatavošanas iespējām. Biotehnoloģiskais process, proti, fermentācija, tika izmantots senajā Babilonā alus ražošanai. Par to liecina ieraksti, kas atrasti uz izrakumos atrastajām tabletēm. Taču, neskatoties uz šo metožu aktīvo izmantošanu, šo nozaru pamatā esošie procesi palika noslēpums.

Luiss Pastērs 1867. gadā teica, ka tādi procesi kā fermentācija 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 par tiem laikiem tika veikti sensacionāli atklājumi, kas palīdzēja veidot šo zinātni tās mūsdienu izpratnē:

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

Termina parādīšanās gads bija 1919. gads pēc ungāru agroekonomista Karla Ereki manifesta publicēšanas. Pamatojoties uz tolaik pieejamajiem datiem, ar terminu biotehnoloģija apzīmēja mikroorganismu izmantošanu pārtikas raudzēšanai.

Bet, kā zināms, interesantākie atklājumi rodas zināšanu krustpunktā, biotehnoloģijas gadījumā ir apvienojušās pārtikas un naftas pārstrādes nozares. 1970. gadā praksē tika pārbaudīta proteīna ražošanas tehnoloģija no naftas rūpniecības atkritumiem.

Kas ir biotehnoloģija: termins un galvenie veidi

Biotehnoloģija ir zinātne par to, 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 noteiktus 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) iegūšanas 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 krasi palēninātu novecošanās procesu un saglabātu dzīvotspēju, līdz 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 "pārvaldīšana", lai iegūtu vēlamās īpašības. Piemēram, vadoties pēc zināšanām gēnu inženierijas jomā, Ķīnas zinātnieki plāno masveidā pielietot vēža slimnieku genoma "koriģēšanas" metodi. Tomēr neviens nesteidzas uzsākt pilna mēroga projektus, jo Līdz šim 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. Lieta ir ne tikai varbūtībā iegūt nepilnvērtīgus cilvēkus, bet arī jautājuma ētiskajā un reliģiskajā pusē.

Piemērošanas joma

Biotehnoloģisko procesu principi tiek ieviesti visu nozaru ražošanā:

  • 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 sanitārijai, notekūdeņu un izplūdes gaisa attīrīšanai.
  • Lauksaimniecība. Zaļā biotehnoloģija ļauj zinātniekiem izveidot ražas paraugus, kas spēj pretoties slimībām un sēnītēm, ar augstu ražu neatkarīgi no klimatiskajiem apstākļiem (sausuma laikā). Turklāt zinātnieki ir iemācījušies izmantot noteiktus fermentus, kas celulozi pārvērš lauksaimniecības atkritumus glikozē un pēc tam degvielā.

Šūnu inženierijas galvenais mērķis ir dzīvnieku un augu šūnu audzēšana. Atklājumi šūnu inženierijas jomā ļāva kontrolēt un regulēt jaunu dzīvnieku un augu formu un līniju produktivitāti, kvalitāti, 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 virzienā ir paši inženieri un biotehnoloģijas, un tas ir diezgan saprotami. Šodien tiek piedāvāts nevis pats produkts, bet gan ideja un iespējamās metodes tās īstenošanai.

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

Šobrīd biotehnoloģiju attīstībā iesaistīto lielo uzņēmumu skaits ir neliels. Tie ietver:

  • Illumina (ģenētiskā izpēte, analīze, DNS mikroarray 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 (nodrošināja lētu metodi automatizētai DNS analīzei turpmākai datu izmantošanai ārstēšanā).

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

Biotehnoloģija: labais vai ļaunais?

Jau šobrīd pasaules iedzīvotāji saskaras ar pārtikas trūkuma problēmu, un, ja cilvēku skaits turpinās augt, tad jau tuvākajā nākotnē situācija var kļūt kritiska. Zinot, kas ir biotehnoloģija un kā tās pielietot, jūs varat iegūt maksimālus ražas rezultātus neatkarīgi no ārējiem faktoriem. Un šos sasniegumus nevar neievērot. Turklāt neapstrīdams zinātnes ieguvumu pierādījums ir antibiotiku izgudrojums, kas ļāva kontrolēt un dažos gadījumos pilnībā izskaust simtiem slimību.

Bet ne visi zinātni vērtē viennozīmīgi. Pastāv bažas, ka kontroles trūkums var radīt neatgriezeniskas sekas. Piemēram, jau šodien biotehnoloģiju produkti, piemēram, sportistiem paredzēti steroīdi, kļūst par priekšlaicīgu sirds patoloģiju cēloni. Tiecoties izveidot supercilvēku, kurš uzvarēja vecumu un slimības, sabiedrība riskē zaudēt savu dabu.

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

Biotehnoloģiju attīstība ir kļuvusi tik strauja, ka pasaules valstis saskaras ar kontroles trūkuma problēmu tiesiskā līmenī. Tas ir izraisījis daudzu projektu apturēšanu, tāpēc pagaidām ir pāragri runāt par cilvēku klonēšanu un uzvaru pār nāvi, un abas konfrontējošās 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 cilvēku 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 spēja pārnest ģenētisko materiālu no viena organisma uz otru bez dzimumprocesiem. 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. Terapeitiskā.

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 biotehnoloģiskās 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 bērnu invalīdu dzimšanu, diagnosticējot ģenētiskās slimības, bet arī veikt gēnu transplantāciju esošās problēmas risināšanai.

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

Biotehnoloģija mūsdienu zinātnē

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

Biotehnoloģijas studijas ir saistītas ne tikai ar bioloģiskā virziena zinātnēm. Mikroelektronikā ir izstrādāti jonu selektīvie tranzistori, kuru pamatā ir lauka efekts (HpaI). Biotehnoloģija ir nepieciešama, lai veicinātu naftas ieguvi no naftas rezervuāriem. Visattīstītākais virziens 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 biotehnoloģijas izpētei un zināšanu pilnveidošanai bija sociāli ekonomisko vajadzību trūkums (vai turpmākais trūkums).

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;
  • paaugstinot medicīnas līmeni.

Zinātnieki ir pārliecināti, ka šīs un daudzas citas problēmas ir iespējams atrisināt ar biotehnoloģijas palīdzību.

Galvenās mūsdienu biotehnoloģijas tipiskās tehnoloģiskās metodes

Biotehnoloģiju var izdalīt ne tikai kā zinātni, bet arī kā cilvēka praktiskās darbības sfēru, 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 impulsu attīstībai pēc antibiotiku atklāšanas un aktīvas ražošanas.

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

Vizuālā biotehnoloģija. Ģenētiskā un šūnu inženierija

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

Šūnu inženierija - dažādu dzīvo organismu (augu, dzīvnieku, baktēriju) šūnu audzēšana īpašos apstākļos, dažāda veida to izpēte (kombinācija, 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 audzēšana ir samazināta no 11 gadiem līdz 3-4.

Ģenētiskā (vai gēnu) inženierija ir molekulārās bioloģijas nodaļa, kurā viņi pēta un izolē gēnus no dzīvo organismu šūnām, pēc tam ar tiem manipulējot, lai sasniegtu konkrētu mērķi. Galvenie gēnu inženierijā izmantotie instrumenti ir fermenti un vektori.

Klonēšanas biotehnoloģija

Klonēšana ir klonu (tas ir, prototipam pilnīgi identisku pēcnācēju) iegūšanas process. Pirmā klonēšanas pieredze tika veikta 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 aktīvu diskusiju par cilvēka klonēšanu. Tādējādi jēdzienu "klons" sāka lietot plašsaziņas līdzekļos, vēlāk arī literatūrā un mākslā.

Kas attiecas uz baktērijām, klonēšana ir praktiski vienīgais veids, kā tās var vairoties. Tieši "baktēriju klonēšana" tiek izmantota gadījumos, kad process ir mākslīgs un to kontrolē cilvēks. Šis termins neattiecas uz mikroorganismu dabisko vairošanos.

gēnu inženierija

Gēnu inženierija ir cilvēka iejaukšanās izraisīta mākslīga mikroorganisma genotipa maiņa, lai iegūtu kultūras 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 visus nepieciešamos apstākļus, lai tās varētu veiksmīgi eksistēt un vairoties ārpus auga ķermeņa. Šo šūnu audzēšanas un pavairošanas metodi sauc par "izolētu audu kultūru", un tā ir ieguvusi īpašu nozīmi, jo to ir iespējams izmantot 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, radās iespēja masveidā ražot visas nepieciešamās olbaltumvielas.

Fermentācijas produktu iegūšanas procesi ir kļuvuši daudz vienkāršāki. Nākotnē biotehnoloģija uzlabos dzīvniekus un augus. Zinātnieki apsver iespējas, kā ar gēnu inženierijas palīdzību apkarot iedzimtas slimības.

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

Biotehnoloģija visvairāk ietekmē medicīnu un farmāciju. Tiek prognozēts, ka nākotnē varēs diagnosticēt un ārstēt tās slimības, kurām ir statuss "neārstējams".

Dažu biotehnoloģijas 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 to šūnu izmantošanai ārstēšanas nolūkā);
  • 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 par negatīvu.

Biotehnoloģijas pašreizējais stāvoklis un perspektīvas

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

Tīras enerģijas iegūšana ar biotehnoloģiju palīdzību ir vēl viena svarīga un daudzsološa zinātnes joma.

Uzņēmumi, kas izstrādā jaunas biotehnoloģijas

Žurnāls Forbes iepazīstināja ar pasaules inovatīvāko biotehnoloģiju uzņēmumu sarakstu, tajā iekļauti tādi uzņēmumi kā: Genentech, Novartis International AG, Merck & Co, Pfizer, Sanofi, 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" - uzņēmums nodarbojas ar vakcīnu izstrādi un zāļu ražošanu onkoloģijas jomā, viens no uzņēmumiem darbojas Sanktpēterburgā.
  2. "Pfizer" - ražo bezrecepšu zāles dažādās medicīnas nozarēs. Pfizer jau vairākus gadus īsteno programmu Vairāk nekā izglītība Krievijā saskaņā ar līgumiem ar Maskavas Valsts universitāti. M.V. Lomonosovs un Sanktpēterburgas Valsts ķīmijas farmācijas akadēmija.
  3. "Sanofi" - uzņēmums nodarbojas ar zāļu ražošanu diabēta un sklerozes ārstēšanai. Uzņēmuma unikālais uzņēmums Sanofi-Aventis Vostok, pilna cikla insulīna ražotne, veiksmīgi darbojas Krievijā.

Krievijā īpaša loma ir Skolkovas Inovāciju centra Biomedicīnas tehnoloģiju klasterim, AS RVC un AS Rusnano. Farmācijas un medicīnas biotehnoloģijas nodarbojas ar Akrikhin JSC, Geropharm LLC, Zinātniskā un ražošanas uzņēmums Litekh. Himraras augsto tehnoloģiju centrs apvieno augsto tehnoloģiju organizācijas, kas vada inovatīvu 14 uzņēmumu izstrādi un ražošanu, kas izstrādā zāles, kuru pamatā ir jaunākās "postgenomiskās" tehnoloģijas.

Turklāt ir jauni jaunuzņēmumi, kas izstrādā jaunas biotehnoloģijas:

  • 3D Bioprinting Solutions izveido orgānus no pacienta cilmes šūnām, pamatojoties uz 3D biodruku;
  • "BioMicroGels" piedāvā jaunumus ūdens un augsnes attīrīšanā, izmantojot mikrogēlus.
  • Biomedicīnas holdings "Atlas" projekta "OhmyGut" ietvaros analizē ķermeņa mikrobiotu.
Izlasiet citus mūsu rakstus:

Medicīniskā biotehnoloģija ir jauns vārds, moderns posms cilvēces attīstībā. Iepriekš neredzētas norises ļauj pacelt cilvēku nākamajā sociālās evolūcijas līmenī. Galu galā tie ļauj 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. Profilaktiskajā un klīniskajā medicīnā, tāpat kā farmācijas nozarē, ir vērojams eksponenciāls progress. To veicina izcili sasniegumi biotehnoloģijā, kā arī vairākās citās zinātnes un tehnikas jomās. Tas, kas vēl vakar šķita kā zinātniskā fantastika, šodien pamazām kļūst par mūsu dzīves sastāvdaļu. Inovācijas informācijas, gēnu un citās tehnoloģijās spēj nodrošināt uzvaru cīņā pret daudzām slimībām. Kā? Piemēram, cilvēka genoma korekcijas var palielināt paredzamo dzīves ilgumu. Pateicoties tam, novecojošu orgānu atjaunošana vai nomaiņa labvēlīgi ietekmēs arī ikvienu, kam šī ārstēšana ir veikta. Grūtniecība ārpus dzemdes sienām? Labojams. Izmeklēt un attālināti konsultēt pacientus? Ir diezgan reāls.

Par lietotajām zālēm

Lielākais progress sasniegts farmācijā. Viņas sasniegumi ietver:

  1. Daļēji sintētiskas/dabiskas antibiotikas, kas var kavēt dzīvo šūnu augšanu. Piemēri ir šūnu biosintēzes inhibitori, RNS (polimēra, folijskābes metabolisma, DNS matricas līmenī), molekulārās organizācijas pārkāpēji.
  2. Steroīdu hormoni. Tiem piemīt pretvēža, anaboliskas, kontracepcijas un pretiekaisuma īpašības.
  3. Mono- un kompleksās zāles, kuru pamatā ir aminoskābes. Piemērs 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. Piemērs ir grupa B, kā arī C, A, E, K.
  5. Probiotikas, kas optimizē mikrobioloģisko stāvokli. Tajos ietilpst laktobacilli, bifidus un pienskābes baktērijas, enterokoki (daži to celmi).
  6. Leikocīti un kas ir piemērots vīrusu hepatīta un līdzīgu problēmu ārstēšanai.
  7. Fermenti, kas piedalās dzīvo organismu bioķīmiskajās reakcijās. Piemēri ir transferāzes, liāzes, izomerāzes, hidrolāzes un ligāzes.
  8. Vakcīnas, kas uzlabo imūnsistēmas aizsargfunkcijas pret patogēniem vīrusiem un destruktīviem organismiem. Tos pat var ražot, izmantojot rekombinantās DNS tehnoloģiju.

Cīņa pret novecošanos

Runājot par to, kas ir medicīniskā biotehnoloģija, nevar ignorēt tās ārkārtējo ieguldījumu, lai novērstu noplicināšanas procesu. Tas ir iespējams, pateicoties atklājumiem molekulārajā bioloģijā, cilvēka genoma atšifrēšanai un DNS struktūras atšķetināšanai, kā arī vairākiem citiem panākumiem. To praktiskais plašais pielietojums ir tuvu ieviešanai. Nākamajās desmitgadēs gēnu diagnostika un gēnu terapija kļūs par mūsu dzīves sastāvdaļu. Tie ļaus kvalitatīvi uzlabot medicīnisko aprūpi un jau embrionālajā stadijā saudzīgi identificēt un likvidēt atsevišķu slimību (onkoloģisko, ģenētisko, infekciozo) pirmsākumus.

Kas ir nanobiotehnoloģija?

Šis virziens ir pelnījis īpašu uzmanību aplūkojamās problēmas kontekstā. Gandrīz jebkurš medicīnas biotehnoloģijas centrs ir ieinteresēts izcilos rezultātos. Un, kā tas bieži notiek, tos var iegūt dažādu darba jomu krustpunktā. Šāda asociācija bija bio- un nanotehnoloģiju sintēze. 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 uzreiz apturēt asiņošanu - tas viss ir tālu no robežas..

Par strīdīgiem aspektiem

Jāpiebilst, ka republikāniskais Transfuzioloģijas un medicīnas biotehnoloģiju zinātniski praktiskais centrs nedarbojas bez problēmām. Galu galā darbība ietver darbu ar vairākiem apspriežamiem jautājumiem. Ja jūs tos visus uzskaitīsit, jūs iegūsit ievērojamu 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. Veikto darbību morālās un ētiskās neskaidrības no cilvēka cieņas un sevis uztveres viedokļa.

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

Speciālistu apmācība

Mūsu mašīnu un robotu laikmetā cilvēce ir iemācījusies uzticēt smagus un vienmuļus darbus 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 aktuāls apgalvojums, ka kadri visu izlemj. Tāpēc tika ieviesta atsevišķa specialitāte - medicīniskā biotehnoloģija. Apmācībā nepieciešams apgūt fermentāciju, atsevišķas dzīvnieku un augu šūnas, kā arī gēnu inženieriju. Tātad, ja mēs runājam par pēdējo, tad šeit 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 konkrētu uzdevumu. Šajā gadījumā aktuāls kļūst jautājums, kā to īstenot un sasniegt mērķus. Atkarībā no darba faktora izšķir fizikālās un ķīmiskās metodes, un pēc iedarbības rakstura - neselektīvas (pirmajā gadījumā tās ir dezinfekcija un sterilizācija, otrajā - ķīmijterapijas).

Apskatīsim, kāda ir pirmā iespēja. Fiziskās metodes ir šādas:

  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. 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 nevar iztikt bez detalizēta to darba un piemērošanas vispārīgo noteikumu apraksta. Un antibiotikas būs apsvēršanas objekts.

Kā notiek darbs?

Pieņemsim, ka mums ir medicīnas/vides instrumentu un biotehnoloģiju kopa. Mums ir vairāki tūkstoši vielu, kas klasificētas kā antibiotikas. Bet patiesībā daudz mazāk no tiem tiek izmantoti kā narkotiku pamats. Tas ir saistīts ar esošajām prasībām, kas ierobežo izmantošanu:

  1. Jābūt efektīvai zemās koncentrācijās.
  2. Ir nepieciešams nodrošināt stabilitāti organismā un dažādus uzglabāšanas apstākļus.
  3. Jāievēro zema toksicitāte (vai tā nav vispār).
  4. Nepieciešams nosacījums ir izteikta baktericīda un / vai bakteriostatiska iedarbība.
  5. Būtiskām blakusparādībām nevajadzētu būt.
  6. Nav imūnsupresīvas iedarbības.

Ja ar to nav problēmu, tad laboratorijas un medicīnas biotehnoloģijas institūti pāriet uz nākamo posmu, kas sastāv no tā, ka antibiotikas tiek sadalītas pēc to izcelsmes, virziena, spektra un darbības mehānisma.

Klasifikācijas piemērs

Atkarībā no darbības spektra tiek izdalītas antibiotikas:

  • Pretaudzēju. Piemērs ir rifampicīns.
  • Prettuberkuloze. Piemēri ir kanimicīns un streptomicīns.
  • Pretsēnīšu līdzeklis. Tie ir nistatīns, amfoterricīns, 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 polimiksīns.

Kā ar citām norisēm?

Medicīnas biotehnoloģijas jomas ir tik daudz un dažādas, ka nav iespējams mēģināt izstrādāt universālu recepti visām tām. Piemēram, antibiotikām izmantotās pieejas 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 saprotama. Un tagad mums ir daudz zāļu, kas ļauj cīnīties ar visbriesmīgākajām slimībām. Bet šeit ir ģenētisko problēmu korekcija - diemžēl tas joprojām ir vāji pielāgojams.

Vēl viens darbības piemērs

Gēnu inženierija tagad tiek uzskatīta par ļoti daudzsološu darba jomu. Padomājiet – tas potenciāli var pārvarēt daudzas slimības un negatīvus cilvēku veselības stāvokļus. Dauna sindromu, uzņēmību pret sirds problēmām un daudzas citas problēmas var atrisināt ar gēnu terapiju vai samazināt līdz minimumam. Nebūs jāgaida, kad cilvēku paaudzes izveidos imunitāti (ko pavada daudzi nāves gadījumi). Pietiks, ja iziet kaut ko līdzīgu injekciju sērijai - un cilvēkam tiks atrisināta problēma, un parādīsies arī imunitāte.

Secinājums

Tehnoloģijas medicīnas jomā mums paver lielas iespējas. Mūsdienās cilvēce vairāk nekā jebkad ir tuvu tam, lai apņēmīgi atbrīvotos no slimībām un fiziskiem traucējumiem, kas ir vajājuši gadu tūkstošus. Paradoksāli, bet mūsu virzība uz šo mērķi nav tik strauja, kā mēs vēlētos. Kāpēc? Šeit var atgādināt pētniecības iestāžu darbības komerciālo ievirzi, pastāvošos juridiskos ierobežojumus un pieejamo tehnoloģiju ļaunprātīgu izmantošanu. Pēdējās situācijas piemērs ir antibiotiku lietošana. Šīs zāles ir diezgan plaši izplatītas un bieži tiek pārdotas 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 zāles zaudē savas īpašības.

(Šis ir "sagatavošanās" studentu referātam par biotehnoloģiju, kas būtu patstāvīgi jāpapildina un jāpaplašina.)

Plāns

    Jēdziena "biotehnoloģija" definīcija.

    Biotehnoloģijas vēsturiskais fons.

    Mūsdienu biotehnoloģiju vēsture.

    Biotehnoloģijas pamatmetodes.

    Biotehnoloģijas vērtība un perspektīvas.

Jēdzienam "biotehnoloģija" var dot daudzas definīcijas, kas ir tuvu viena otrai.

1. "Biotehnoloģijas" 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 lietišķā zinātne, kas izmanto gēnu un šūnu inženierijas metodes, lai rūpnieciskā veidā iegūtu bioloģiskos 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 - šī ir zinātnes disciplīna un prakses joma, kas atrodas robežšķirtnē starp bioloģiju un tehnoloģiju, 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 cilvēku apkārtējo dabisko vidi atbilstoši viņa vajadzībām.

Biotehnoloģija šaurā nozīmē ir metožu un paņēmienu kopums, kā ar bioloģisko objektu palīdzību iegūt cilvēkam nepieciešamos produktus. Biotehnoloģija ietver ģenētisko, šūnu un vides inženieriju.

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

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 “veca” biotehnoloģija, bet rauga izmantošana šajā procesā, kas uzlabota ar gēnu inženierijas metodēm, lai palielinātu spirta iznākumu, ir “jauna” biotehnoloģija.

Termins "biotehnoloģija" pirmo reizi ierosināja ungāru inženieris Kārlis Erekijs(1917), kad viņš aprakstīja cūkgaļas (galaprodukta) ražošanu, izmantojot cukurbietes (izejvielu) kā cūku barību (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 - tā ir zinātne par gēnu inženieriju un šūnu metodēm un tehnoloģijām ģenētiski pārveidotu bioloģisko objektu radīšanai un izmantošanai, lai intensificētu ražošanu vai iegūtu jaunu produktu veidus dažādiem mērķiem.

Biotehnoloģijas metodes var pielietot šādos līmeņos: molekulārā (manipulācijas ar atsevišķām gēna daļām), gēna, hromosomas, 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: "...cerams, ka E. coli būs iespējams ieviest gēnus, kas saistīti ar citām bioloģiskām sugām raksturīgām vielmaiņas vai sintētiskām funkcijām, piemēram, gēnus fotosintēzei vai antibiotiku ražošanai." Viņu darbs aizsāka jaunu ēru molekulārajā biotehnoloģijā. Ir izstrādāts liels skaits paņēmienu, lai 1) identificētu 2) izolētu; 3) sniedz aprakstu; 4) izmantot gēnus.

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

Šobrīd molekulārā biotehnoloģija ļauj iegūt milzīgu skaitu produktu: insulīnu, interferonu, "augšanas hormonus", vīrusu antigēnus, milzīgu daudzumu olbaltumvielu, medikamentu, zemas molekulmasas vielas un makromolekulas.

Šūnu tehnoloģiju izmantošana augu izcelsmes bioloģiski aktīvo vielu rūpnieciskai ražošanai

Augu fizioloģijas institūts. K.A. Timirjazevs Krievijas Zinātņu akadēmija, Maskava, 127276

Augu izcelsmes bioloģiski aktīvo vielu (BAS) izmantošanu bieži ierobežo augu resursu pieejamība un tās var nopietni apdraudēt retas ārstniecības augu sugas. Augstākās 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, elicitāciju, 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 varētu 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.)

Biotehnoloģiju bieži dēvē par gēnu inženierijas izmantošanu 20. un 21. gadsimtā, taču šis termins apzīmē arī plašāku procesu kopumu bioloģisko organismu modificēšanai, lai tie atbilstu cilvēka vajadzībām, sākot ar augu un pieradinātu dzīvnieku modifikāciju, izmantojot mākslīgo atlasi. un hibridizācija. Ar modernu metožu palīdzību tradicionālā biotehnoloģiskā ražošana ir spējusi uzlabot pārtikas produktu kvalitāti un paaugstināt dzīvo organismu produktivitāti.

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

Biotehnoloģijas vēsture

Biotehnoloģijas saknes sniedzas tālā pagātnē un ir saistītas ar maizes cepšanu, vīna darīšanu un citām senatnē cilvēkiem zināmām pārtikas gatavošanas metodēm. Piemēram, tāds biotehnoloģisks process kā raudzēšana ar mikroorganismu piedalīšanos bija zināms un plaši izmantots senajā Babilonijā, par ko liecina alus pagatavošanas apraksts, kas pie mums nonācis kā ieraksts uz planšetes, kas atrasta 1981. gadā laikā. izrakumi Babilonā. Biotehnoloģija kļuva par zinātni, pateicoties franču zinātnieka, mūsdienu mikrobioloģijas un imunoloģijas pamatlicēja Luija Pastēra (1822-1895) pētījumiem un darbam. Terminu "biotehnoloģija" pirmo reizi izmantoja ungāru inženieris Karls Ereki 1917. gadā.

20. gadsimtā notika strauja molekulārās bioloģijas un ģenētikas attīstība, izmantojot ķīmijas un fizikas sasniegumus. Vissvarīgākais pētījumu virziens bija augu un dzīvnieku šūnu kultivēšanas metožu izstrāde. Un, ja vēl pavisam nesen rūpnieciskiem nolūkiem tika audzētas tikai baktērijas un sēnītes, tad tagad ir iespējams ne tikai izaudzēt jebkuras šūnas biomasas ražošanai, bet arī kontrolēt to attīstību, īpaši augos. Tādējādi biotehnoloģisko metožu izstrādē ir iemiesotas jaunas zinātniskas un tehnoloģiskas pieejas, kas ļauj tieši manipulēt ar gēniem, radīt jaunus produktus, organismus un mainīt esošo īpašības. Šo metožu pielietošanas galvenais mērķis ir dzīvo organismu potenciāla pilnīgāka izmantošana cilvēka saimnieciskās darbības interesēs.
70. gados parādījās un aktīvi attīstījās tādas nozīmīgas biotehnoloģijas jomas kā ģenētiskā (jeb ģenētiskā) un šūnu inženierija, kas lika pamatus “jaunai” biotehnoloģijai, atšķirībā no “vecās” biotehnoloģijas, kuras pamatā ir tradicionālie mikrobioloģiskie procesi. Tātad ierastā alkohola ražošana fermentācijas procesā ir “veca” biotehnoloģija, bet rauga izmantošana šajā procesā, kas uzlabota ar gēnu inženieriju spirta iznākuma palielināšanai, ir “jauna” biotehnoloģija.

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

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

Pirmā antibiotika - penicilīns - tika izolēta un attīrīta līdz pieņemamam līmenim 1940. gadā, kas radīja jaunus izaicinājumus: mikroorganismu ražoto ārstniecisko vielu rūpnieciskās ražošanas meklēšanu un izveidi, darbu pie izmaksu samazināšanas un jaunu zāļu bioloģiskās drošības līmeņa paaugstināšanas. .

Papildus plašajam pielietojumam lauksaimniecībā uz gēnu inženierijas bāzes ir izveidojusies vesela farmācijas nozares nozare, ko sauc par “DNS industriju”, un tā ir viena no modernākajām 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 pielietojuma piemēri medicīnā ir arī cilvēka insulīna ražošana, izmantojot ģenētiski modificētas baktērijas, eritropoetīna (hormons, kas stimulē sarkano asins šūnu veidošanos kaulu smadzenēs. Šī hormona fizioloģiskā loma ir: regulē sarkano asins šūnu veidošanos 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 paredzamā dzīves ilguma palielināšanu. Valstis ar attīstītākām veselības sistēmām šajā virzienā ir bijušas tik veiksmīgas, ka ir atklājušas iespēju pārorientēt uzmanību uz hronisku slimību, sirds un asinsvadu sistēmas slimību un onkoloģisko slimību ārstēšanu, jo tieši šajās slimību grupās bija lielākais procentuālais pieaugums. mirstībā.

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 tāpēc, 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, attiecībā uz gandrīz 50% slimību vērojams būtisks uzlabojums.

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

Aita Dollija kļuva par pirmo mākslīgi klonēto daudzšūnu organismu 1997. gadā. 2007. gadā viena no klonētās aitas radītājām Elizabete II par šo zinātnes sasniegumu piešķīra bruņinieku titulu.

Sasniegumi biotehnoloģijā

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.

Līdz šim 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 - ārstēšanai. , pundurisms,

Ar ģenētiskām metodēm 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 šobrīd ļauj pārvarēt dažas cilvēkiem izplatītas neauglības formas.

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 eļļas 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