ТОП лекция 4

Сейчас с помощью биотехнологий получают антибиотики, витамины, аминокислоты, белки, спирты, кормовые добавки для животных, кисломолочную продукцию и многое другое. Интерес к использованию биотехнологий постоянно возрастает в различных отраслях деятельности человека: в энергетике, пищевой промышленности, медицине, сельском хозяйстве, химической промышленности и т. д. Это объясняется в первую очередь возможностью применения в качестве сырья возобновляемых ресурсов (биомассы), а также экономией энергии. Например, такие вещества, как аммиак, глицерин, метанол, фенол, производить выгодней биотехнологией, чем химическими способами.

Перспективным направлением развития биотехнологии является разработка и внедрение в практику микробиологических способов получения различных металлов. Как известно, микроорганизмы играют важную роль в круговороте веществ в природе. Установлено, что они причастны к процессу образования рудных ископаемых. Так в начале двадцатого столетия на одном старом отработанном медном руднике было обнаружено в откаченном из шахты водном растворе огромное количество меди, которая была произведена бактериями из сернистых соединений меди. Окисляя нерастворимые в воде сульфиды меди, бактерии превращают их в легко растворимые соединения, причем процесс протекает очень быстро. Микроорганизмы способны перерабатывать не только медные соединения, но и извлекать из руды железо, цинк, никель, кобальт, титан, алюминий, свинец, висмут, уран, золото, германий, рений и многие др. Особенно эффективно использование бактерий на завершающей стадии эксплуатации рудников, при переработки отвалов. Внедрение геомикробиологической технологии позволит вовлечь в промышленное использование труднодоступные, глубинные залежи полезных ископаемых. После соответствующих подготовительных работ достаточно будет погрузить на нужную глубину трубы и подвести по ним к рудной породе биораствор. Проходя через породу, раствор обогатиться теми или иными металлами, и поднятый на поверхность вынесет необходимые природные ископаемые. Отпадает необходимость строительства дорогостоящих шахт, уменьшиться нежелательная нагрузка на экологическую ситуацию, высвобождаются большие площади земли, занимаемыми шахтами, отвалами и обогатительными предприятиями, сократятся расходы на очистку атмосферы, земли и сточных вод, значительно снизится себестоимость добытых полезных ископаемых.

Интенсивное развитие и расширение применения биологических процессов при производстве медицинских препаратов, белков и кормов, органических удобрений, продуктов питания на основе брожения, горючих газов и жидкостей, микроорганизмов для очистки жидкой и воздушной среды обитания живого мира является весьма актуальной и высокоэффективной задачей экономики. Нельзя пренебрегать возможностью использования биотехнологий при разработке нетрадиционных способов получения энергетических ресурсов. Превращение биомассы в биогаз дает возможность получить 50-80% потенциальной энергии, не загрязняя окружающую среду.

Биотехнология сегодня имеет следующие направления: 1) промышленную биотехнологию (микробиологический синтез); 2) генетическую и клеточную инженерию; 3) инженерную энзимологию (белковую инженерию). Промышленная биотехнология реализует процессы, которые проводятся в искусственных производственных условиях с целью получения пекарских, винных и кормовых дрожжей, вакцин, белково-витаминных концентратов (БВК), средств защиты растений, заквасок для кисломолочных продуктов и силосования кормов, почвоудобрительных препаратов, антибиотиков, гормонов, ферментов, аминокислот, витаминов, спиртов, органических кислот, растворителей. Кроме того эти процессы позволяют утилизировать отходы, целлюлозу и получать биогаз.

Генетическая инженерия позволяет создавать искусственные генетические структуры посредством воздействия на материальные носители наследственности (ДНК), с ее помощью можно формировать совершенно новые организмы и производить физиологически активные вещества белковой природы для медицинских и сельскохозяйственных нужд (производить интерферон, инсулин, гормон роста живых организмов). Генная инженерия считается самой перспективной областью современной биотехнологии, с ее помощью возможно исправлять наследственные заболевания человека, создавать стимуляторы регенерации тканей для лечения ран, ожогов, переломов.

Инженерная энзимология является перспективным направлением развития промышленной биотехнологии, представляет собой науку, разрабатывающей основы создания высокоэффективных ферментов для промышленной интенсификации технологических процессов при значительной экономии материальных и энергетических ресурсов. Ферменты используются при производстве сахара для диабетиков, гормональных препаратов, обработки кож, получении тканей, бумаги, синтетических материалов, глюкозы, улучшения качества молочных продуктов и т. п.

Биотехнология как область знаний и динамически развиваемая промышленная отрасль призвана решить многие ключевые проблемы современности, обеспечивая при этом сохранение баланса в системе взаимоотношений «человек - природа - общество», т.к. биотехнологии базируются на использовании потенциала живого и нацелены на дружественность и гармонию человека с окружающей его средой. В настоящее время биотехнология подразделяется на несколько наиболее значимых сегментов: это «белая», «зеленая», «красная», «серая» и «синяя» биотехнология.

К «белой» биотехнологии относят промышленную биотехнологию, ориентированную на производство продуктов, ранее производимых химической промышленностью, - спирта, витаминов, аминокислот и др. (с учетом требований сохранения ресурсов и охраны окружающей среды).

Зеленая биотехнология охватывает область, значимую для сельского хозяйства. Это исследования и технологии, направленные на создание биотехнологических методов и препаратов для борьбы с вредителями и возбудителями болезней культурных растений и домашних животных, создание биоудобрений, повышение продуктивности растений, в том числе с использованием методов генетической инженерии.

Красная (медицинская) биотехнология - наиболее значимая область современной биотехнологии. Это производство биотехнологическими методами диагностикумов и лекарственных препаратов с использованием технологий клеточной и генетической инженерии (зеленые вакцины, генные диагностикумы, моноклональные антитела, конструкции и продукты тканевой инженерии и др.).

Серая биотехнология занимается разработкой технологий и препаратов для защиты окружающей среды; это рекультивация почв, очистка стоков и газовоздушных выбросов, утилизация промышленных отходов и деградация токсикантов с использованием биологических агентов и биологических процессов.

Синяя биотехнология в основном ориентирована на эффективное использование ресурсов Мирового океана. Прежде всего, это использование морской биоты для получения пищевых, технических, биологически активных и лекарственных веществ.

Современная биотехнология - это одно из приоритетных направлений национальной экономики всех развитых стран. Путь повышения конкурентности биотехнологических продуктов на рынках сбыта является одним из основных в общей стратегии развития биотехнологии промышленно развитых стран. Стимулирующим фактором выступают специально принимаемые правительственные программы по ускоренному развитию новых направлений биотехнологии.

Рынок биотехнологической продукции России в настоящее время представлен фармацевтическими препаратами, ферментами и ферментными препаратами, живыми культурами микроорганизмов, биопрепаратами для добывающих отраслей промышленности, сельского хозяйства, для защиты окружающей среды.

К сожалению, приходится констатировать, что пока биотехнологический потенциал России выглядит весьма скромно. Так, объем продаж на рынке биотехнологий в России не превышает 1 млрд дол. $/год, в то время как на мировом рынке он приближается к 100 млрд. Для сравнения, недавно начавший развитие рынок биотехнологий Китая и Индии уже достиг 3,8 млрд дол.

Однако, это направление российской науке, признано одним из самых активно развивающихся. Это подтверждает проект «Развитие биотехнологии в Российской Федерации в 2008-2020 гг., рассмотренный в рамках Общественного Форума «Стратегия 2020», обсудивший основные направления развития России до 2020 г.; утвержденная Правительством РФ в 2012 г. «Комплексная программа развития биотехнологий в Российской Федерации на период до 2020 года»; работа российской технологической платформы «Биоиндустрия и биоресурсы – БиоТех 2030» и Российского национального контактного центра НКТ «Биотехнология» а также серия научных и научно-практических конференций, прошедших под патронажем правительства РФ и правительства Москвы в области биотехнологии.³

Среди перспективных направлений в биотехнологии были обозначены для России:

- создание трансгенных сельскохозяйственных растений с измененным генотипом;

- применение микроорганизмов для повышения выхода нефти и выщелачивания цветных и редкоземельных металлов;

- конструирование бактериальных штаммов, способных заменить дорогостоящие неорганические катализаторы и изменить условия биосинтеза для получения принципиально новых соединений;

- применение бактериальных стимуляторов роста растений;

- направленный биосинтез новых биологически активных веществ (БАВ) - аминокислот, ферментов, витаминов, антибиотиков, различных пищевых добавок и других продуктов;

- изменение фотосинтезирующих характеристик растений;

- создание трансгенных растений и животных с целенаправленными признаками и свойствами;

- практическое использование генетических конструкций, созданных в лабораториях;

- культивирование клеток растений и животных;

- гибридизация клеток;

- энзимология и клеточная биология, необходимые для создания возможности получения в промышленных условиях иммобилизованных ферментных и клеточных систем.

1 Батенков, В. А. Охрана биосферы./ В.А. Батенков – Барнаул, 2002. - с.

2 Протасов В.Ф. Экология, здоровье и природоарользование в России/ В,Ф. протасов, А.В. молчанов. – М.: Финансы и статистика, 1995. - …с.

3 http://www.bio-economy/ru – сайт НКТ «Биотехнология»http://www.biotech2030/ru - сайт Научно технического некоммерческого партнерства «Технологическая платформа БиоТех2030»