Предмет и задачи биотехнологии

Биотехнология (от греч. bios - жизнь, tecen - искусство, logos - наука) - это область знаний, которая на основе изучения биологических процессов, протекающих в живых организмах и системах, использует эти процессы, а также сами биообъекты (главным образом, бактерии, вирусы, грибы, растительные и животные клетки) для получения в промышленных условиях необходимых ценных для человека продуктов или создания процессов и материалов, ранее не встречавшихся в природе.

Биотехнология - это наиболее быстро развивающаяся наука, которая на ближайшие десятилетия будет определять уровень научно-технического прогресса всего человечества. Связано это с тем, что она решает такие важные проблемы, как: создание принципиально новых эффективных и экономичных технологий получения необходимых в жизни человека веществ и материалов, в том числе медикаментозных средств; создание новых сложных материалов; осуществление процессов, ранее неизвестных в природе; поиски оригинальных путей решения экологической безопасности на планете и новых источников энергии; повышение продуктивности сельскохозяйственных растений и животных и т.д.

Биотехнология является междисциплинарной областью знаний, базирующейся на микробиологии, биохимии, молекулярной биологии, биоорганической химии, биофизике, вирусологии, иммунологии, генетике, инженерных науках и электронике и объединяет целый ряд направлений:

Медицинская биотехнология решает следующие задачи:

а) создание профилактических, диагностических и лечебных препаратов на основе современных экономичных и эффективных технологий с использованием биообъектов (микробные, растительные и животные клетки, органы животных, растения) и продуктов их жизнедеятельности (первичные и вторичные метаболиты). Это, прежде всего, создание и производство антибиотиков, вакцин, витаминов, гормонов, иммуномодуляторов, антигенов, антител, нуклеиновых кислот, диагностических систем, иммунокомпетентных клеток, препаратов крови и др.;

б) разработка и использование в практике новых приборов, аппаратуры, а также материалов, восполняющих дефекты в работе отдельных органов и тканей человека. В качестве примера можно привести создание искусственной кожи из культуры клеток эпидермиса для восполнения дефектов при ожогах; создание искусственной почки, сердца и других органов; восстановление работы иммунной системы с помощью пересадки иммунокомпетентных клеток и т.д.;

в) разработка на основе знаний о геноме человека проблем генодиагностики, генотерапии и генопрофилактики наследственных и других заболеваний путем пересадки генов;

г) создание принципиально новых методов для проведения лабораторных и клинических анализов с помощью биосенсоров. Принцип работы биосенсоров сводится к регистрации точными и чувствительными приборами (детекторами) физических, химических и биологических эффектов взаимодействия биореагентов (например, ферментов, антител, антигенов) с клетками или молекулами-мишенями, т.е. с определяемым детектируемым веществом. Например, взаимодействие антигенов со специфическими антителами может сопровождаться экзотермической реакцией, которая улавливается точными приборами, и по силе этой реакции можно судить о количественных характеристиках ее компонентов.

Сельскохозяйственная биотехнология: в области растениеводства - разработка биологических средств защиты растений, бактериальных удобрений, микробиологических методов рекультивации почв (для повышения урожайности);

в области животноводства - разработка и производство диагностических, профилактических и лечебных ветеринарных препаратов; создание эффективных кормов из растительной, микробной биомассы и отходов сельского хозяйства (благодаря разработке методов получения белка одноклеточных (кормового белка) переработкой парафинов или другого доступного сырья (целлюлозы, агропромышленных и сельскохозяйственных отходов, сточных вод)); повышение продуктивности сельского хозяйства путем выведения с помощью генной инженерии новых сортов ранений и пород животных (трансгенные растения и животные).

Экологическая биотехнология разрабатывает экологически безопасные технологии очистки сточных вод, утилизации отходов агропромышленного комплекса; биологические системы деградации и обезвреживания вредных химических веществ, загрязняющих почву, водоемы, атмосферу. Например, уже получены штаммы микроорганизмов, утилизирующих нефть и нефтепродукты на водных поверхностях, фенол - в сточных водах и т. д.; разрабатывает системы экологизированной защиты растений.

Пищевая биотехнология призвана решать такие проблемы, как нехватка продуктов питания и дефицит белка. В настоящее время широко распространено выращивание дрожжей, водорослей и бактерий для получения белков, аминокислот, витаминов, ферментов. Перспективно создание принципиально новых процессов на основе ферментных систем микроорганизмов, в том числе для технологии пищевых добавок и пищевых целевых продуктов.

В дальнейшем на основе методов рекомбинантных ДНК биотехнология позволит освоить синтез растительных белков и добиться искусственного фотосинтеза и фиксации азота.

Биогеотехнология предусматривает внедрение биотехнологии в добывающую промышленность, что перспективно для извлечения из руд платины и других драгоценных и стратегически важных металлов, а также для увеличения извлечения нефти из скважин, удаления серы из угля, метана из шахт.

Генетическая инженерия (новейшее направление биотехнологии) - сводится по существу к процессу получения рекомбинантных ДНК, содержащих, помимо набора природных генов, присущего «хозяйской» ДНК, «чужой» ген или гены, взятые из другой ДНК.

В настоящее время уже разработаны сотни медицинских препаратов, полученных на основе генетической инженерии. Многие из них внедрены в практику и применяются в медицине.

Микробиологическая технология в результате разработки промышленных способов культивирования микробов позволила получать разнообразные медицинские препараты, пищевые продукты (сахар, сиропы, дрожжи), многие химические вещества (спирт, уксусная кислота, ацетон и др.).

Дата добавления: 2014-01-07