Биотехнология в россии реферат

Обновлено: 05.07.2024

Содержание

Введение;
Понятие биотехнологии;
Этапы развития биотехнологии;
История развития биотехнологии (даты, события);
Биотехнология на службе народного хозяйства, медицины и науке:
Биотехнология и сельское хозяйство. Биотехнология и растениеводство;
Биотехнология и животноводство;
Технологическая биоэнергетика;
Биотехнология и медицина;
Биотехнология и пищевая промышленность;
Биогеотехнология;
Биотехнология охраны окружающей среды;
Биоэлектроника.
Заключение;
Список литературы.

Работа содержит 1 файл

Документ Microsoft Word.docx

Московский Государственный Вечерний Металлургический

по дисциплине общая химическая технология

Студент: Жеребина Н.С. Преподаватель: доцент, кандидат

хим. наук Кругликова Е.С.

  1. Понятие биотехнологии;
  2. Этапы развития биотехнологии;
  3. История развития биотехнологии (даты, события);
  4. Биотехнология на службе народного хозяйства, медицины и науке:
  1. Биотехнология и сельское хозяйство. Биотехнология и растениеводство;
  1. Биотехнология и животноводство;
  2. Технологическая биоэнергетика;
  3. Биотехнология и медицина;
  4. Биотехнология и пищевая промышленность;
  5. Биогеотехнология;
  6. Биотехнология охраны окружающей среды;
  7. Биоэлектроника.

Впервые термин "биотехнология" применил венгерский инженер Карл Эреки в 1917 году. Биотехнология - это интеграция естественных и инже-нерных наук, позволяющая наиболее полно реализовать возможности живых организмов или их производные для создания и модификации продуктов или процессов различного назначения. Биотехнология - это производство, основанное на последних достижениях современной науки: генной инженерии, физико-химии ферментов, молекулярной диагностики, селекционной генетики, микробиологии, химии антибиотиков, комбинаторной химии. [2, с.3] Чаще всего применяется в медицине, пищевой промышленности, также для решение проблем в области энергетики, охране окружающей среды. Современные биотехнологии защиты окружающей среды, основаны на применении биопрепаратов, в состав которых входят разнообразные бактерии (микроорганизмы), способные разлагать различные органические вещества, в том числе и те, которые загрязняют окружающую среду. Микроорганизмы - это удивительные создания природы, обладающие уникальными свойствами. Они - самые многочисленные обитатели нашей планеты. Среда обитания микроорганизмов охватывает весьма широкие зоны биосферы, зачастую с экстремальными условиями обитания, где не могут развиваться ни рас-тения, ни животные. Их повсеместное распространение обусловлено не-большими размерами, позволяющими легко переноситься с потоками воды и воздуха, а также высокой устойчивостью к экстремальным фак-торам среды. Обладая высокой химической активностью, они способны к разложению органических веществ как природного, так и антропогенного происхождения. Именно на этих уникальных свойствах микроорганизмов базируется применение биотехнологии, как эффективного способа защиты и восстановления окружающей среды.

В развитии биотехнологии выделяют следующие периоды:

  • эмпирический,
  • научный,
  • современный (молекулярный).

Последний специально отделяется от предыдущего, так как биотехнологии уже могут создавать и использовать в производстве неприродные организмы, полученные генно-инженерными методами.

Эмпирическая биотехнология неотделима от цивилизации, преимущественно как сфера производства (с древнейших времен – при-готовление теста, получение молочнокислых продуктов, виноделие, пивоварение, ферментация табака и чая, выделка кож и обработка рас-тительных волокон). В течение тысячелетий человек применял в своих целях ферментативные процессы, не имея понятия ни о ферментах, ни о клетках с их видовой специфичностью и, тем более, генетическим ап-паратом. Причем прогресс точных наук долгое время не влиял на технологические приемы, используемые в эмпирической биотехнологии.

Современная биотехнология, основанная на достижениях молекулярной биологии, молекулярной генетики и биоорганической химии (на прак-тическом воплощении этих достижений), выросла из биотехнологии Пастера и, являясь также строго научной, отличается от последней, прежде всего тем, что способна создавать и использовать в производстве не-природные биообъекты, что отражается как на производственном про-цессе в целом, так и на свойствах новых биотехнологических продуктов.

  1. История развития биотехнологии (даты, события)

1917 г. – введен термин биотехнология

- произведен в промышленном масштабе пенициллин;

- показано, что генетический материал представляет собой ДНК;

1953 г. – установлена структура инсулина, расшифрована структура ДНК;

1961-1966 гг. – расшифрован генетический код, оказавшийся универсальным для всех организмов;

1953-1976 гг. – расшифрована структура ДНК, ее функции в сохранении и передаче организмом наследственной информации, способность ДНК организовываться в гены;

1963 г. – осуществлён синтез биополимеров по установленной структуре;

1970 г. – выделена первая рестрикционная эндонуклеаза;

- осуществлён синтез ДНК;

1972 г. – синтезирован полноразмерный ген транспортной РНК;

1975 г. – получены моноклональные антитела;

1976 г. – разработаны методы определения нуклеотидной последовательности ДНК;

- синтезированы фрагменты нуклеиновых кислот;

- разрешена к применению в Европе первая вакцина для животных, полученная по технологии рекомбинантных ДНК;

1983 г. – гибридные Ti-плазмиды применены для трансформации растений;

1994-1995 гг. – опубликованы подробные генетические и физические карты хромосом человека;

1996 г. – ежегодный объем продаж первого рекомбинантного белка (эритропоэтина) превысил 1 млрд. долларов;

1997 г. – клонировано млекопитающее из дифференцированной соматической клетки;

  1. Биотехнология на службе народного хозяйства, медицины и науке.

Биотехнологические разработки могут внести немаловажный вклад в решение комплексных проблем народного хозяйства, здравоохранения и науки.

Для удовлетворения пищевых потребностей необходимо увеличить эф-фективность растениеводства и животноводства. Именно на это, в первую очередь, нацелены усилия биотехнологов. Кроме того, биотехнология предлагает как источник кормового (возможно, и пищевого) белка клеточную массу бактерий, грибов и водорослей.

Во-вторых, повышение цен на традиционные источники энергии (нефть, природный газ, уголь) и угроза исчерпания их запасов побудили челове-чество обратиться к альтернативным путям получения энергии. Биотех-нология может дать ценные возобновляемые энергетические источники: спирты, биогенные углеводороды, водород. Эти экологически чистые ви-ды топлива можно получать путем биоконверсии отходов промышлен-ного и сельскохозяйственного производства.

В-третьих, уже в наши дни биотехнология оказывает реальную помощь здравоохранению. Нет сомнений в терапевтической ценности инсулина, гормона роста, интерферонов, факторов свертывания крови и иммунной системы, тромболитических ферментов, изготовленных биотехнологи-ческим путем. Помимо получения лечебных средств, биотехнология позво-ляет проводить раннюю диагностику инфекционных заболеваний и злока-чественных новообразований на основе применения препаратов анти-генов, моноклональных антител, ДНК/РНК-проб. С помощью новых вак-цинных препаратов возможно предупреждение инфекционных болезней.

В-четвертых, биотехнология может резко ограничить масштабы за-грязнения нашей планеты промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми отходами, токсичными компонентами автомобильных выхлопов и т. д. Современные разработки нацелены на создание безотходных технологий, на получение легко разрушаемых полимеров (в частности, биогенного происхождения: поли-b-оксибутирата, поли-амилозы) и поиск новых активных микроорганизмов-разрушителей поли-меров (полиэтилена, полипропилена, полихлорвинила). Усилия биотехно-логов направлены также на борьбу с пестицидными загрязнениями — следствием неумеренного и нерационального применения ядохимикатов.

Биотехнологические разработки играют важную роль в добыче и пере-работке полезных ископаемых, получении различных препаратов и созда-нии новой аппаратуры для аналитических целей.

  1. Биотехнология и сельское хозяйство. Биотехнология и растениеводство.

Культурные растения страдают от сорняков, грызунов, насекомых-вреди-телей, фитопатогенных грибов, бактерий, вирусов, неблагоприятных по-годных и климатических условий. Перечисленные факторы наряду с поч-венной эрозией и градом значительно снижают урожайность сельско-хозяйственных растений. Известно, какие разрушительные последствия в картофелеводстве вызывает колорадский жук, а также гриб Phytophtora — возбудитель ранней гнили (фитофтороза) картофеля.

В последние годы большое внимание уделяют вирусным заболеваниям растений. Наряду с болезнями, оставляющими видимые следы на куль-турных растениях (мозаичная болезнь табака и хлопчатника, зимняя болезнь томатов), вирусы вызывают скрытые инфекционные процессы, значительно снижающие урожайность сельскохозяйственных культур и ведущие к их вырождению.

Биотехнологические пути защиты растений от рассмотренных вредо-носных агентов включают: 1) выведение сортов растений, устойчивых к не-благоприятным факторам; 2) химические средства борьбы (пестициды) с сорняками (гербициды), грызунами (ратициды), насекомыми (инсе-ктициды), фитопатогенными грибами (фунгициды), бактериями, вирусами; 3) биологические средства борьбы с вредителями, использование их естес-твенных врагов и паразитов, а также токсических продуктов, образуемых живыми организмами.

Наряду с защитой растений ставится задача повышения продуктивности сельскохозяйственных культур, их пищевой (кормовой) ценности, задача создания сортов растений, растущих на засоленных почвах, в засушливых и заболоченных районах. Разработки нацелены на повышение энер-гетической эффективности различных процессов в растительных тканях, начиная от поглощения кванта света и кончая ассимиляцией СО2 и водно-солевым обменом.

Вступление. Биотехноло́гия — дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии.

Биотехнологией часто называют применение генной инженерии в XX—XXI веках, но термин относится и к более широкому комплексу процессов модификации биологических организмов для обеспечения потребностей человека, начиная с модификации растений и одомашненных животных путем искусственного отбора и гибридизации. С помощью современных методов традиционные биотехнологические производства получили возможность улучшить качество пищевых продуктов и увеличить продуктивность живых организмов.

Биотехнология основана на генетике, молекулярной биологии, биохимии, эмбриологии и клеточной биологии, а также прикладных дисциплинах — химической и информационной технологиях и робототехнике.

История биотехнологии

Так, в 1814 году петербургский академик К. С. Кирхгоф (биография) открыл явление биологического катализа и пытался биокаталитическим путём получить сахар из доступного отечественного сырья (до середины XIX века сахар получали только из сахарного тростника). В 1891 году в США японский биохимик Дз. Такамине получил первый патент на использование ферментных препаратов в промышленных целях: учёный предложил применить диастазу для осахаривания растительных отходов.

В начале XX века активно развивалась бродильная и микробиологическая промышленность. В эти же годы были предприняты первые попытки наладить производство антибиотиков, пищевых концентратов, полученных из дрожжей, осуществить контроль ферментации продуктов растительного и животного происхождения.

Первый антибиотик — пенициллин — удалось выделить и очистить до приемлемого уровня в 1940 году, что дало новые задачи: поиск и налаживание промышленного производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами, работа над удешевлением и повышением уровня биобезопасности новых лекарственных препаратов.

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

Помимо широкого применения в сельском хозяйстве, на основе генной инженерии возникла целая отрасль фармацевтической промышленности, называемая “индустрией ДНК” и представляющая собой одну из современных ветвей биотехнологии. Более четверти всех лекарств, используемых сейчас в мире, содержат ингредиенты из растений. Генно-модифицированные растения являются дешевым и безопасным источником для получения полностью функциональных лекарственных белков (антител, вакцин, ферментов и др.) как для человека, так и для животных. Примерами применения генной инженерии в медицине являются также производство человеческого инсулина путем использования генно-модифицированных бактерий, производство эритропоэтина (гормона, стимулирующего образование эритроцитов в костном мозге. Физиологическая роль данного гормона состоит в регуляции продукции эритроцитов в зависимости от потребности организма в кислороде) в культуре клеток (т.е. вне организма человека) или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.

В XX веке в большинстве стран мира основные усилия медицины были направлены на борьбу с инфекционными заболеваниями, снижение младенческой смертности и увеличение средней продолжительности жизни. Страны с более развитой системой здравоохранения настолько преуспели на этом пути, что сочли возможным сместить акцент на лечение хронических заболеваний, болезней сердечно-сосудистой системы и онкологических заболеваний, поскольку именно эти группы болезней давали наибольший процент прироста смертности.

В настоящее время уже появились практические возможности значительно снизить или скорректировать негативное воздействие наследственных факторов. Медицинская генетика объяснила, что причиной многих генных мутаций является взаимодействие с неблагоприятными условиями среды, а, следовательно, решая экологические проблемы можно добиться снижения заболеваемости раком, аллергией, сердечно-сосудистыми заболеваниями, сахарным диабетом, психическими болезнями и даже некоторыми инфекционными заболеваниями. Вместе с тем, ученым удалось выявить гены, ответственные за проявление различных патологий и способствующие увеличению продолжительности жизни. При использовании методов медицинской генетики хорошие результаты получены при лечении 15% болезней, в отношении почти 50% заболеваний наблюдается существенное улучшение.

Таким образом, значительные достижения генетики позволили не только выйти на молекулярный уровень изучения генетических структур организма, но и вскрыть сущность многих серьезных болезней человека, вплотную подойти к генной терапии.

Клонирование – это один из методов, применяемых в биотехнологии для получения идентичных потомков при помощи бесполого размножения. Иначе клонирование можно определить как процесс изготовления генетически идентичных копий отдельной клетки или организма. То есть полученные в результате клонирования организмы похожи не только внешне, но и генетическая информация, заложенная в них, абсолютно одинакова.

Первым искусственно клонированным многоклеточным организмом стала в 1997 г. овца Долли. В 2007 году одного из создателей клонированной овцы Елизавета II наградила за это научное достижение рыцарским званием.

Достижения биотехнологии

Уже получены трансгенные мыши, кролики, свиньи, овцы, в геноме которых работают чужеродные гены различного происхождения, в том числе гены бактерий, дрожжей, млекопитающих, человека, а также трансгенные растения с генами других, неродственных видов. Например, в последние годы получено новое поколение трансгенных растений, для которых характерны такие ценные признаки, как устойчивость к гербицидам, к насекомым и др.

На сегодняшний день методы генной инженерии позволили осуществить синтез в промышленных количествах таких гормонов, как инсулин, интерферон и соматотропин (гормон роста), которые необходимы для лечения ряда генетических болезней человека — сахарного диабета, некоторых видов злокачественных образований, карликовости,

Нужна помощь в написании доклада?

Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.

С помощью генетических методов были получены также штаммы микроогранизмов (Ashbya gossypii, Pseudomonas denitrificans и др.), которые производят в десятки тысяч раз больше витаминов (С, В3, В13, и др.), чем исходные формы.

Очень важное направление клеточной инженерии связано с ранними стадиями эмбриогенеза. Например, оплодотворение яйцеклеток в пробирке уже сейчас позволяет преодолевать некоторые распространенные формы бесплодия у человека.

Культуру растительных клеток выгодно использовать для быстрого размножения медленно растущих растений — женьшеня, маслинной пальмы, малины, персиков и др.

Уже многие годы для решения проблемы загрязнения окружающей среды используются биологические методы, разработанные биотехнологами. Так, бактерии родов Rhodococcus и Nocardia с успехом применяют для эмульгирования и сорбции углеводородов нефти из водной среды. Они способны разделять водную и нефтяную фазы, концентрировать нефть, очищать сточные воды от примесей нефти.

С древних времен известны отдельные биотехнологические процессы, используемые в различных сферах практической дея ­ тельности человека. К ним относятся хлебопечение, виноделие, приготовление кисло-молочных продуктов и т. д. Однако биоло ­ гическая сущность этих процессов была выяснена лишь в XIX в., благодаря работам Л. Пастера. В первой половине XX в. сфера приложения биотехнологии пополнилась микробиологическим производством ацетона и бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов, кормового белка.

С момента создания в 1963 г. Всесоюзного научно-исследо ­ вательского института биосинтеза белковых веществ в на ­ шей стране налаживается крупнотоннажное производство бога ­ той белками биомассы микроорганизмов как корма. В 1966 г. микробиологическая промышленность была выделена в отдель ­ ную отрасль (Главное управление микробиологической промыш ­ ленности при Совете Министров СССР — Главмикробиопром). Имеются ценные разработки по получению новых источников энергии биотехнологическим путем (технологическая биоэнерге ­ тика), отметим большое значение биогаза - заменителя топлива, получаемого из недр земли.

Значительные успехи, достигнутые во второй половине XX в. в фундаментальных исследованиях в области биохимии, био ­ органической химии и молекулярной биологии, создали предпо ­ сылки для управления элементарными механизмами жизнедея ­ тельности клетки, что явилось мощным импульсом для развития биотехнологии. Выяснение роли нуклеиновых кислот в передаче наследственной информации, расшифровка генетического кода, раскрытие механизма индукции и репрессии генов, совершен ­ ствование технологии культивирования микроорганизмов, клеток и тканей растений и животных позволили разработать методы

генетической и клеточной инженерии, с помощью которых можно искусственно создавать новые формы высокопродуктивных орга ­ низмов. Генетическая и клеточная инженерия рассматривается как принципиально новое направление биологической науки, которое сегодня ставят в один ряд с расщеплением атома, прео ­ долением земного притяжения и созданием средств электроники (Ю. А. Овчинников, 1985).

С 1970 г. в нашей стране ведутся интенсивные исследования по селекции культур для непрерывного культивирования в про ­ мышленных целях.

Развитие методов для изучения структуры белков, выяснение механизмов функционирования и регуляции активности фермен ­ тов открыли путь к направленной модификации белков и привели к рождению инженерной энзимологии. Иммобилизованные фер ­ менты, обладающие высокой стабильностью, становятся мощным инструментом для осуществления каталитических реакций в раз ­ личных отраслях промышленности.

Все эти достижения поставили биотехнологию на новый уро ­ вень, качественно отличающийся от прежнего возможностью сознательно управлять клеточными процессами. В современном звучании биотехнология — это промышленное использование биологических процессов и агентов на основе получения высоко ­ эффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с заданными свойствами.

Биотехнология — междисциплинарная область научно-технического прогресса, возникшая на стыке биологических, химических и технических наук.

Биотехнологический процесс включает ряд этапов: подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование продуктов. Многоэтапность процесса обусловли ­ вает необходимость привлечения к его осуществлению самых различных специалистов: генетиков и молекулярных биологов, биохимиков и биооргаников, вирусологов, микробиологов и кле ­ точных физиологов, инженеров-технологов, конструкторов био ­ технологического оборудования и др.

В Комплексной программе научно-технического прогресса стран — членов СЭВ в качестве первоочередных задач биотехно ­ логии определены создание и широкое народнохозяйственное освоение:

— новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов для медицины (интерферонов, инсулина, гормонов роста человека, моноклональных антител и т.д.), позволяющих осуществить в здравоохранении раннюю диагностику и лечение тяжелых заболеваний — сердечно-сосудистых, злокачественных, наследственных, инфекционных, в том числе вирусных;

— микробиологических средств защиты растений от болезней и вредителей, бактериальных удобрений и регуляторов роста растений; новых высокопродуктивных и устойчивых к неблаго ­ приятным факторам внешней среды сортов и гибридов сельско ­ хозяйственных растений, полученных методами генетической и клеточной инженерии;

— ценных кормовых добавок и биологически активных ве ­ ществ (кормового белка, аминокислот, ферментов, витаминов, ветеринарных препаратов и др.) для повышения продуктивности животноводства; новых методов биоинженерии для эффективной профилактики, диагностики и терапии основных болезней сель ­ скохозяйственных животных;

— новых технологий получения хозяйственно ценных продук ­ тов для использования в пищевой, химической, микробиологи ­ ческой и других отраслях промышленности;

— технологий глубокой и эффективной переработки сельско ­ хозяйственных, промышленных и бытовых отходов, использова ­ ния сточных вод и газовоздушных выбросов для получения биогаза и высококачественных удобрений.

По оценкам специалистов, мировой рынок биотехнологиче ­ ской продукции уже к середине 90-х годов достигнет уровня 130 — 150 млрд. руб. (Ю. А. Овчинников, 1985).

На пути решения поставленных задач биотехнологию подсте ­ регают немалые трудности, связанные с исключительной слож ­ ностью организации живого. Любой биообъект — это целостная система, в которой нельзя изменить ни один из элементов, не меняя остальных, нельзя произвольно перекомбинировать их, придавая организму то или иное желаемое свойство, например бактерии — способность к сверхсинтезу требуемой аминокислоты, сельскохозяйственному растению — устойчивость к фитопатоген-ным грибкам. Любое воздействие на объект вызывает не только желаемые, но и побочные эффекты; перестройка генома сказы ­ вается сразу на многих признаках организма. У человека суще ­ ствуют гены, отвечающие за злокачественное перерождение клеток. Высказывалось немало идей о необходимости превентив ­ ных генетических операций, пока не было установлено, что эти гены необходимы и для нормального роста. Помимо этого, экосистема также представляет собой целостную систему и изме ­ нения каждого из ее компонентов сказываются на остальных компонентах. Не исключено, что плазмида, с помощью которой трансплантирован желаемый ген культурному растению, будет далее передаваться сорнякам. Не будет ли в результате генных манипуляций превращаться в сорняк само культурное растение?

Успехи, достигнутые в области генетической и клеточной инженерии на простейших биологических системах, прокариотных организмах, вселяют уверенность в преодолимость рассмот ­ ренных трудностей. Что касается более сложных систем, а имен ­ но эукариотных организмов, то здесь делаются лишь первые шаги, идет накопление фундаментальных знаний.

Биотехнологические разработки могут внести немаловажный вклад в решение комплексных проблем народного хозяйства, здравоохранения и науки.

Для удовлетворения пищевых потребностей необходимо уве ­ личить эффективность растениеводства и животноводства. Имен ­ но на это, в первую очередь, нацелены усилия биотехнологов. Кроме того, биотехнология предлагает как источник кормового (возможно, и пищевого) белка клеточную массу бактерий, гри ­ бов и водорослей.

Во-вторых, повышение цен на традиционные источники энер ­ гии (нефть, природный газ, уголь) и угроза исчерпания их запа ­ сов побудили человечество обратиться к альтернативным путям получения энергии. Биотехнология может дать ценные возобнов ­ ляемые энергетические источники: спирты, биогенные углеводо ­ роды, водород. Эти экологически чистые виды топлива можно получать путем биоконверсии отходов промышленного и сельско ­ хозяйственного производства.

В-третьих, уже в наши дни биотехнология оказывает реаль ­ ную помощь здравоохранению. Нет сомнений в терапевтической ценности инсулина, гормона роста, интерферонов, факторов свер ­ тывания крови и иммунной системы, тромболитических фермен ­ тов, изготовленных биотехнологическим путем. Помимо получе ния лечебных средств, биотехнология позволяет проводить ран ­ нюю диагностику инфекционных заболеваний и злокачественных новообразований на основе применения препаратов антигенов, моноклональных антител, ДНК/РНК-проб. С помощью новых вакцинных препаратов возможно предупреждение инфекционных болезней.

В-четвертых, биотехнология может резко ограничить масшта ­ бы загрязнения нашей планеты промышленными, сельскохозяй ­ ственными и бытовыми отходами, токсичными компонентами ав ­ томобильных выхлопов и т. д. Современные разработки нацелены

на создание безотходных технологий, на получение легко раз ­ рушаемых полимеров (в частности, биогенного происхождения: поли- β -оксибутирата, полиамилозы) и поиск новых активных микроорганизмов-разрушителей полимеров (полиэтилена, поли ­ пропилена, полихлорвинила). Усилия биотехнологов направлены также на борьбу с пестицидными загрязнениями — следствием неумеренного и нерационального применения ядохимикатов.

Биотехнологические разработки играют важную роль в добы ­ че и переработке полезных ископаемых, получении различных препаратов и создании новой аппаратуры для аналитических целей.

1. Биотехнология и сельское хозяйство

Биотехнология и растениеводство

В последние годы большое внимание уделяют вирусным за ­ болеваниям растений. Наряду с болезнями, оставляющими види ­ мые следы на культурных растениях (мозаичная болезнь табака и хлопчатника, зимняя болезнь томатов), вирусы вызывают скрытые инфекционные процессы, значительно снижающие уро ­ жайность сельскохозяйственных культур и ведущие к их вырож ­ дению.

Биотехнологические пути защиты растений от рассмотренных вредоносных агентов включают: 1) выведение сортов растений, устойчивых к неблагоприятным факторам; 2) химические сред ­ ства борьбы (пестициды) с сорняками (гербициды), грызунами (ратициды), насекомыми (инсектициды), нематодами (нематоциды), фитопатогенными грибами (фунгициды), бактериями, ви ­ русами; 3) биологические средства борьбы с вредителями, ис ­ пользование их естественных врагов и паразитов, а также ток ­ сических продуктов, образуемых живыми организмами.

Наряду с защитой растений ставится задача повышения про ­ дуктивности сельскохозяйственных культур, их пищевой (кормо ­ вой) ценности, задача создания сортов растений, растущих на засоленных почвах, в засушливых и заболоченных районах. Раз ­ работки нацелены на повышение энергетической эффективности различных процессов в растительных тканях, начиная от погло ­ щения кванта света и кончая ассимиляцией СО 2 и водно-солевым обменом.

Выведение новых сор ­ тов растений. Традицион ­ ные подходы к выведению новых сортов растений — это селекция на основе гибридизации, спонтан ­ ных и индуцированных мутаций. Методы селекции не столь отда ­ ленного будущего включают гене ­ тическую и клеточную инженерию.

В настоящее время выделены и клонированы гены sym, от ­ вечающие за установление симбиотических отношений между клубеньковыми азотфиксаторами и растением-хозяином. Путем переноса этих генов в свободноживущие азотфиксирующие бак ­ терии (Klebsiella, Azotobacter) представляется возможным за ­ ставить их вступить в симбиоз с ценными сельскохозяйственными культурами. Методами генетической инженерии предполагают также повысить уровень обогащения почвы азотом, амплифици-руя гены азотфиксации у Klebsiella и Azotobacter.

Разрабатываются подходы к межвидовому переносу генов asm, обусловливающих устойчивость растений к нехватке влаги, жаре, холоду, засоленности почвы. Перспективы повышения эф ­ фективности биоконверсии энергии света связаны с модифика ­ цией генов, отвечающих за световые и темновые стадии этого процесса, в первую очередь генов cfx, регулирующих фиксацию СО 2 растением. В этой связи представляют большой интерес

разработки по межвидовому переносу генов, кодирующих хлоро ­ филл а/b- связывающий белок и малую субъединицу рибулозо-бис-фосфаткарбоксилазы — ключевого фермента в фотосинтети ­ ческой фиксации СО 2 .

Гены устойчивости к некоторым гербицидам, выделенные из бактерий и дрожжей, были успешно перенесены в растения таба ­ ка. Разведение устойчивых к гербицидам растений открывает возможность их применения для уничтоже ­ ния сорняков непосредственно на угодьях, занятых сельскохозяй ­ ственными культурами. Проблема состоит, однако, в том, что массивные дозы гербицидов могут оказаться вредными для при ­ родных экосистем.

С клонированием клеток связывают надежды на устранение вирусных заболеваний растений. Разработаны методы, позволя ­ ющие получать регенеранты из тканей верхушечных почек расте ­ ний. В дальнейшем среди регенерированных растений проводят отбор особей, выращенных из незараженных клеток, и выбраковку больных растений. Раннее выявление вирусного заболевания, необходимое для подобной выбраковки, может быть осуществ ­ лено методами иммунодиагностики, с использованием моноклональных антител или методом ДНК/РНК-проб. Предпосылкой для этого является получение очищенных препаратов соответ ­ ствующих вирусов или их структурных компонентов.

Клонирование клеток — перспективный метод получения не только новых сортов, но и промышленно важных продуктов. При правильном подборе условий культивирования, в частности при оптимальном соотношении фитогормонов, изолированные клетки более продуктивны, чем целые растения. Иммобилизация растительных клеток или протопластов нередко ведет к повыше ­ нию их синтетической активности. Табл. 6 включает биотехно ­ логические процессы с использованием культур растительных клеток, наиболее перспективные для промышленного внед ­ рения.

Коммерческое значение в основном имеет промышленное про ­ изводство шиконина. Применение растительных клеток, которые являются высокоэффективными продуцентами алкалоидов, терпе ­ нов, различных пигментов и масел, пищевых ароматических до ­ бавок (земляничной, виноградной, ванильной, томатной, сельде ­ рейной, спаржевой) наталкивается на определенные трудности, связанные с дороговизной используемых технологий, низким выходом целевых продуктов, длительностью производственного процесса.

Таким образом, биотехнология открывает широкие перспективы в области выведения новых сортов растений, устойчивых к неблагоприятным внешним воздействиям, вредителям, патогенам, не требующих азотных удобрений, отличающихся высокой продуктивностью.

Таблица 1. Примеры клеточных культур — высокоэффективных проду ­ центов ценных соединений (по О. Sahai, M. Knuth, 1985. К. Hahlbrock. 1986)

Биотехнологические отрасли в России и в мире: типология и развитие

Кудрявцева Ольга Владимировна
доктор экономических наук, профессор
Россия, Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова
[email protected]

Яковлева Екатерина Юрьевна
младший научный сотрудник
Россия, Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова

В данной статье проанализирован и обобщен ряд типологий биотехнологичских отраслей, используемых как российскими технологическими платформами и крупными предприятиями, так и теоретиками, исследующими биотехнологические рынки. Далее приведена динамика развития классификаций биотехнологических отраслей, используемая в зарубежной практике и литературе, начиная с 2003 г. и до настоящего времени. В заключение предложена собственная типология биотехнологий, развивающихся в России. Она построена по принципу модели межотраслевого баланса и ставит своей целью отразить взаимосвязи между биотехнологическими отраслями.

биотехнологии, биоэкономика, типология, классификация по цветам

Категории статьи:

Новая политика по климату в Европе и США: Влияние на глобальное управление климатом
Управление рисками при обращении с твёрдыми коммунальными отходами
Теоретико-методологические аспекты оценки возможностей экспорта аграрной продукции на основе системного подхода к социуму
Управление качеством производства колбасы запеченной с фитобиотиками
К вопросу повышения качества продукции перерабатывающей мясной промышленности

Статья также доступна (this article also available):

Типологии биотехнологий, применяемые в России

Сравним в данном разделе, какие типологии биотехнологий предлагают организации, занятые в данной сфере (госпрограммы, технологические платформы и бизнес) а также российские эксперты, исследующие биотехнологические рынки.

  1. Биофармацевтика, включающая жизненно важные лекарственные препараты, вакцины нового поколения, антибиотики и бактериофаги;
  2. Биомедицина, подразделяющаяся на следующие подотрасли: диагностикумы ин витро, персонализированная медицина, клеточные биомедицинские технологии, биосовместимые материалы, системная медицина и биоинформатика, развитие банков биологических образцов;
  3. Промышленная биотехнология, включающая большое количество подотраслей, среди которых производство ферментов, аминокислот и полисахаридов; организация производства глюкозно-фруктозных сиропов; производство субстанций антибиотиков; производство биодеградируемых полимеров; создание биологических комплексов по глубокой переработке древесной биомассы, зерновых и других сельскохозяйственных культур; применение биогеотехнологии в горнодобывающей промышленности; развитие принципов биорефайнинга на основе производства целлюлозы и т.д.;
  4. Биоэнергетика, предполагающая производство электрической энергии и тепла из биомассы; утилизацию эмиссии парниковых газов и предотвращение и ликвидация последствий вредного антропогенного воздействия на окружающую среду энергетической отраслью методами биоконверсии;
  5. Сельскохозяйственная биотехнология подразделяется на биотехнологии для растениеводства (биологическая защита растений, создание сортов растений биотехнологическими методами, биотехнология почв и биоудобрения), биотехнологии для животноводства (технологии молекулярной селекции животных и птицы, трансгенные и клонированные животные, биопрепараты для животноводства, кормовой белок, биологические компоненты кормов и премиксов), а также включающая переработку сельскохозяйственных отходов;
  6. Пищевая биотехнология, включает производство пищевого белка, ферментных препаратов, пребиотиков, пробиотиков, синбиотиков, функциональных пищевых продуктов (лечебных, профилактических и детских), а также производство пищевых ингредиентов и глубокую переработку пищевого сырья;
  7. Лесная биотехнология делится на четыре направления: управление лесонасаждениями, сохранение и воспроизводство лесных генетических ресурсов, создание биотехнологических форм деревьев с заданными признаками и биологические средства защиты леса;
  8. Природоохранная (экологическая) биотехнология предполагает биоремедиацию, экологически чистое жиль, создание биологических коллекций и биоресурсных центров;
  9. Морская биотехнология фокусируется на создании сети аквабиоцентров, глубокой переработке гидробионтов и продукции аквакультур, производстве специализированного корма для аквакультур.

Данная классификация включает в себя наиболее подробный перечень отраслей, но упомянуты лишь основные подотрасли, стратегически важные. В третьем разделе настоящей работы расширим перечень подотрослей, существующих в российской экономике.

Н.В. Орлова 1 , партнер исследовательской компании Abercade, один из крупнейших экспертов в области биотехнологий, в своих исследованиях разделяет биотехнологии на следующие 5 отраслей:

  1. Биофармацевтика
    1. Моноклональные антитела (онкопрепараты);
    2. Модифицированные биопрепараты;
    3. Системы доставки (альтернативы уколам, капельницам и т.д.);
    4. Терапевтические ферменты;
    5. Вакцины;
    6. Диагностика.
    1. Агротехнологии;
    2. Биопестициды;
    3. Инсектициды;
    4. Пробиотики вместо антибиотиков;
    5. Добавки к кормам 2 ;
    6. Вакцины для животных;
    7. Тестсистемы, диагностика.
    1. Производство ферментов;
    2. Кормовые добавки;
    3. Биодеграданты;
    4. Полисахариды для большей отдачи пластов;
    5. Биопластики.

    1. Классификация биотехнологий по цветам

    Существуют другие подходы к типологии биотехнологий, например, основанные на цветах [2]. Идея такой типология зародилась в 2003 г. на американо-европейской встрече по биотехнологиям (US-EC Biotech meeting) и была предложена ученым Ритой Колвел (Dr. R. Colwell), директором Национального американского фонда (Director, US National Foundation): “If we could weave a Flag of Biotechnology, some say, it would feature three colours: red for medical applications, green for agricultural and white for industrial. In fact this flag may accrue even more colours over time as environmental and marine biotech and other applications add their stripes”. Таким образом, было предложено обозначать биотехнологию цветами. Первая классификация состояла всего из трех цветов: красного – биомедицина, зеленого – сельскохозяйственная биотехнология, белого – промышленная биотехнология, поэтому флаг Италии стал считаться также флагом биотехнологий (см. Рисунок 3).



    Рисунок 3. Флаг биотехнологий

    Дальнейшее добавление цветов привело к тому, что самая широкая типология биотехнологий, представленная в большом количестве англоязычных научных работ 9 , содержит десять отраслей, где среди традиционных отраслей появляются следующие: черная (или темная, dark) биотехнология, связанная с военными целями и терроризмом; фиолетовая биотехнология, связанная с патентованием биотехнологических открытий и разработок, а именно со всеми вопросами интеллектуальной собственности; золотая биотехнология, посвященная вопросам биоинформатики и нанобиотехнологиям; коричневая биотехнология, связанная с биотехнологическим решением проблем пустынных и аридных территорий (пространственная и геомикробиология).

    2. Предлагаемая типология биотехнологий, развивающихся в России

    Таблица 1. Предлагаемая типология биотехнологий в России

    Читайте также: