История развития биотехнологии реферат

Обновлено: 02.07.2024

Биотехнология - одна из важнейших современных научных дисциплин. Человек использовал биотехнологию многие тысячи лет: люди пекли хлеб, варили пиво, делали сыр, другие молочнокислые продукты, используя различные микроорганизмы, при этом даже не подозревая об их существовании

Содержание

Введение 3
Глава 1. Общие понятия биотехнологии 5
§ 1.1. Определение биотехнологии 5
§ 1.2. Основные направления современной биотехнологии 7
Глава 2. Значительные события и история биотехнологии 10
§ 2.1. От древних времен до конца XX века 10
§ 2.2. Основные этапы развития биотехнологии 16
§ 2.3. Достижения в области биотехнологии в XXI веке 18
Глава 3. Перспективы биотехнологии 20
Заключение 23
Литература 25

Работа содержит 1 файл

БИОТЕХНОЛОГИЯ И СТАНОВЛЕНИЕ ЕЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ.doc

Быстрое развитие биотехнологии как научной дисциплины с середины XIX в. было инициировано работами Л. Пастера (1822 - 1895).

Практическое значение этих исследований Л. Пастера сводится к требованию поддержания чистоты культуры, т.е. к проведению производственного процесса с индивидуальным, имеющим точные характеристики биообъектом.

Ослабленный патоген и животное, в организм которого он введен, могут рассматриваться как своеобразный биообъект, а получаемая вакцина - как биотехнологический препарат. Л. Пастер создал строго научные основы получения вакцин, тогда как замечательные достижения Э.Дженнера в борьбе с оспой были результатом освоения эмпирического опыта индийской медицины. 9

Определённый вклад в развитие практической биохимии принадлежит академику А.Н. Баху, который создал важное прикладное направление биохимии - техническую биохимию. А.Н. Бах и его ученики разработали множество рекомендаций по улучшению технологий обработки самого различного биохимического сырья, совершенствованию технологий хлебопечения, пивоварения, виноделия, производства чая и табака, а также рекомендации по повышению урожая культурных растений путём управления протекающими в них биохимическими процессами. Все эти исследования, а также прогресс химической и микробиологической промышленности и создание новых промышленных биохимических производств, стали главными предпосылками возникновения современной биотехнологии.

В производственном отношении основой биотехнологии в процессе её формирования стала микробиологическая промышленность. За послевоенные годы микробиологическая промышленность приобрела принципиально новые черты: микроорганизмы стали использовать не только как средство повышения интенсивности биохимических процессов, но и как миниатюрные синтетические фабрики, способные синтезировать внутри своих клеток ценнейшие и сложнейшие химические соединения. Перелом был связан с открытием и началом производства антибиотиков.

Первый антибиотик - пенициллин - был выделен в 1940 году. Вслед за пенициллином были открыты и другие антибиотики (эта работа продолжается и поныне). С открытием антибиотиков сразу же появились новые задачи: налаживание производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами, работа над удешевлением и повышением уровня доступности новых лекарств, получением их в очень больших количествах, необходимых медицине. Синтезировать антибиотики химически было очень дорого или вообще невероятно трудно, почти невозможно (недаром химический синтез тетрациклина советским учёным академиком М. М. Шемякиным считается одним из крупнейших достижений органического синтеза). И тогда решили для промышленного производства лекарственных препаратов использовать микроорганизмы, синтезирующие пенициллин и другие антибиотики. Так возникло важнейшее направление биотехнологии, основанное на использовании процессов микробиологического синтеза.

В 1980 г. Верховный суд США признал, что генно-инженерные микроорганизмы могут быть запатентованы, а развитие биотехнологических методов получило юридический статус. 11

Можно выделить основные вехи развития биотехнологии (события, даты):

ок. 8000 лет до н.э.

Первые опыты культивации растений.

Впервые начали выращивать культурный картофель для употребления в пищу.

4000 – 2000 лет до н.э.

Биотехнологии впервые используются для изготовления хлеба и пива (Египет), ферментации сыра (Шумер, Китай и Египет) и т.д.

500 лет до н.э.

Китай: впервые использован антибиотик (плесень на соевых бобах применялась для обезболивания), соевый творог используют для лечения ожогов.

ок. 100 году н.э.

Китай: впервые использован инсектицид (высушенные и измельченные в мельчайший порошок лепестки хризантемы применялись, чтобы отпугивать мух и комаров).

На территории Аравии впервые использовано искусственное осеменение для селекции арабских скакунов.

Австрийский монах Грегор Мендель создал науку генетику (открытие закона наследственности).

Идеи Дарвина и Менделя дали толчок бурному развитию биотехнологии. В 1870-1890-х годах начинается массовое создание гибридов сельскохозяйственных растений, что позволило создать тысячи новых сортов. В частности:

Селекционеры путем скрещивания получили сотни новых сортов хлопчатника лучшего качества;

Получены первые гибриды кукурузы;

Фермеры впервые стали вносить на поля фиксирующие азот бактерии (для повышения урожайности).

Впервые для генетических исследований начали применять мушек дрозофил.

Термин "биотехнология" впервые использован в печати.

Английский ученый Александр Флеминг открыл пенициллин.

Лайбах впервые использовал метод выделения эмбрионов для получения гибридов - процесс, который теперь известен как гибридизация.

Карпеченко скрестил редис и капусту и впервые получил фертильное потомство от растений разных родов.

Конгресс США одобрил закон о патентировании продуктов селекции растений (Plant Patent Act).

Эйвери доказал, что ДНК несет генетическую информацию.

Молекула ДНК впервые синтезирована в лаборатории.

Начало "Зеленой Революции": Международный Институт Исследований Риса на Филиппинах добился повышения урожайности риса вдвое, что позволило избавиться от голода во многих странах Азии.

Доказано, что генокод человека на 99% аналогичен генокоду горилл и шимпанзе.

Впервые выдан патент на клонирование.

Создано первое трансгенное животное (мышь).

Китайские ученые впервые клонировали рыбу (золотого карпа).

Первая генетическая трансформация растительной клетки: Petunia (расцветка цветков).

Открыт ген, вызывающий болезнь Паркинсона.

Впервые из эмбриона клонировано животное - знаменитая шотландская "овечка Долли".

Впервые создана полная генетическая карта животного (дождевой червь).

Первое полное картирование генома растения: Arabidopsis thaliana. 12

§ 2.2. Основные этапы развития биотехнологии

Можно выделить следующие основные этапы развития биотехнологии:

1) Развитие эмпирической технологии – неосознанное применение микробиологических процессов (хлебопечение, виноделие) примерно с VI тысяч лет до нашей эры.

2) Зарождение фундаментальных биологических наук в XV-XVIII веке.

3) Первые внедрения научных данных в микробиологическое производство в конце ХIХ - начале XX века - период революционных преобразований в микробиологической промышленности.

4) Создание научно-технических предпосылок возникновения современной биотехнологии в первой половине XX века (открытие структуры белков, применение вирусов в изучении генетики клеточных организмов).

5) Возникновение собственно биотехнологии как новой научно-технической отрасли (середина XX века), связанное с массовым рентабельным производством препаратов; организация крупнотоннажных производств по получению белка на углеводородах (сначала 60-х годов).

6) Появление новейшей биотехнологии, связанное с применением в практике генной и клеточной инженерии, инженерной энзимологии, иммунной биотехнологии. 13

Современное микробиологическое производство - производство очень высокой культуры. Технология его очень сложна и специфична, обслуживание аппаратуры требует овладения специальными навыками. В настоящее время с помощью микробиологического синтеза производят антибиотики, ферменты, аминокислоты, полупродукты для дальнейшего синтеза разнообразных веществ, феромоны (вещества, с помощью которых можно управлять поведением насекомых), органические кислоты, кормовые белки и другие. Технология производства этих веществ хорошо отработана, получение их микробиологическим путём экономически выгодно.

Таким образом, биотехнология является закономерным результатом развития человечества, признаком достижения им важного, можно сказать поворотного, этапа развития.

§ 2.3. Достижения в области биотехнологии в XXI веке

2001 год для биотехнологии ознаменовался созданием первой полной генетической карты сельскохозяйственного растения (риса).

Ведущие мировые производители генетически модифицированных продуктов питания достигли рекордных объемов продаж. Лидер отрасли компания Monsanto (США) создала картофель, устойчивый к болезнетворным вирусам; хлопок, который не боится насекомых-вредителей; сою и кукурузу, на которые не действуют гербициды, смертельные для сорняков. Продажи Monsanto составили $5.5 млрд. Образованная в 2000 году, крупнейшая сельскохозяйственная компания мира Syngenta (Швейцария) совместно с Monsanto создала "золотой рис" с рекордной урожайностью. Продажи Syngenta достигли $6.3 млрд. Компания Dupont (США) - крупнейший производитель растительного масла в мире. Наиболее известное достижение ее генетиков - кукуруза, которая не боится червей-вредителей. Продажи сельскохозяйственного подразделения Dupont в 2001 году составили $4.3 млрд. 14

Биотехнология -- одна из важнейших современных научных дисциплин, необходимых фармацевту, работающему как в лабораториях и цехах предприятий, выпускающих лекарственные средства, так и в аптеках и контрольных учреждениях. В каждом случае помимо знания общих основ этой науки (и сферы производства) обязательно также глубокое знакомство с теми ее разделами, которые будут наиболее близки профилю работы специалиста. Знакомство с биотехнологией необходимо всем выпускникам медицинских вузов независимо от их специализации: биотехнологические методы все более интенсивно проникают в практику диагностики, профилактики и лечения различных заболеваний, современные же концепции биотехнологии способствуют формированию мировоззрения человека, адекватного стремительному течению научно-технического прогресса в современном мире.

В общем смысле технология, как правило, связана с производством, целью которого является удовлетворение потребностей человеческого общества. Иногда высказывается мнение, что биотехнология -- это осуществление природного процесса в искусственных, созданных человеком условиях. Однако в последнее десятилетие на основе биотехнологических методов в биореакторах (техногенных нишах) воспроизводятся не только природные, но и не протекающие в природе процессы с использованием ферментов (биокатализаторов -- бесклеточных ферментных комплексов), одноклеточных и многоклеточных организмов.

1. Определение биотехнологии

Из этого и предыдущих определений следует, что биотехнология -- и наука, и сфера производства. Она включает разделы энзимологии, промышленной микробиологии, прикладной биохимии, медицинской микробиологии и биохимии, а также разделы, связанные с конструированием заводского оборудования и созданием специализированных поточных линий.

2. Этапы развития биотехнологии

В развитии биотехнологии выделяют следующие периоды:

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

1) Эмпирическая биотехнология неотделима от цивилизации, преимущественно как сфера производства (с древнейших времен -- приготовление теста, получение молочнокислых продуктов, сыро-, виноделие, пивоварение, ферментация табака и чая, выделка кож и обработка растительных 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 аппаратом. Причем прогресс точных наук долгое время не влиял на технологические приемы, используемые в эмпирической биотехнологии.

2) Быстрое развитие биотехнологии как научной дисциплины с середины XIX в. было инициировано работами Л. Пастера (1822 -- 1895).

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

В 1980 г. Верховный суд США признал, что генно-инженерные микроорганизмы могут быть запатентованы, а развитие биотехнологических методов получило юридический статус.

В настоящее время интенсивно растет количество таких успешно применяемых в медицине биотехнологических продуктов, как рекомбинантные белки, вторичные метаболиты микроорганизмов и растений, а также полусинтетических лекарственных агентов, являющихся продуктами одновременно био- и оргсинтеза.

В последние годы родилась новая отрасль генетики - геномика, изучающая не отдельные гены, а целые геномы. Достижения молекулярной биологии и генной инженерии дали человеку возможность читать генетические тексты вначале вирусов, бактерий, дрожжевых грибков, многоклеточных животных. Например, знание геномной структуры патогенных бактерий очень важно при создании рационально сконструированных вакцин, для диагностики и других медицинских целей.

Апрель 2003 года ознаменовался сенсацией в биологии и медицине: Международный консорциум по составлению генетической карты человека (Центр геномного секвенирования: Вашингтонский университет и Сенгеровский центр в Кембридже) опубликовал заявление, что удалось полностью расшифровать геном человека. Титанический труд сотен исследователей из США, Великобритании, Германии, Франции, Японии и Китая занял более 10 лет и обошелся почти в 3 млрд долларов. При этом были разработаны высокоэффективные технологии и инструменты картирования, такие как коллекции клеток, в которых есть небольшие фрагменты каждой из хромосом или искусственные дрожжевые хромосомы, содержащие крупные фрагменты хромосом человека, бактериальные и фаговые векторы, позволяющие размножить (клонировать) фрагменты ДНК человека. Быстро прогрессировала техника секвенирования (например, многоканальный капиллярный электрофорез ускорил и удешевил расшифровку первичной структуры ДНК). Созданы компьютерные программы, позволяющие находить гены в расшифрованных участках ДНК.

3. История развития биотехнологии (даты, события)

1917 - введен термин биотехнология;

- произведен в промышленном масштабе пенициллин;

- показано, что генетический материал представляет собой ДНК;

1953 - установлена структура инсулина, расшифрована структура ДНК;

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

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

1963 - осуществлён синтез биополимеров по установленной структуре;

1970 - выделена первая рестрикционная эндонуклеаза;

- осуществлён синтез ДНК;

1972 - синтезирован полноразмерный ген транспортной РНК;

1975 - получены моноклональные антитела;

1976 - 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 - гибридные Ti - плазмиды применены для трансформации растений;

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

1996 - ежегодный объем продаж первого рекомбинантного белка (эритропоэтина) превысил 1 млрд долларов;

1997 - клонировано млекопитающее из дифференцированной соматической клетки;

Характерен рост числа специализированных периодических изданий по биотехнологии, выпускаемых в разных странах, международных и региональных биотехнологических конгрессов и конференций.

3. Албертс Б., Брэй Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. М.: Мир, 1994 г., 444 с.

4. Бейли Дж., Оллис Д. Основы биохимической инженерии. В 2-х томах. М.: Мир, 1989 г.

5. Биотехнология: Учебное пособие для ВУЗов /Под ред. Н.С. Егорова, В.Д. Самуилова.- М.: Высшая школа, 1987.

6. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов. М.: Элевар, 2000 г., 512 с.

7. Манаков М.Н., Победимский Д.Г. Теоретические основы технологии микробиологических производств. М.: Агропромиздат, 1990 г., 272 с.

8. Матвеев В.Е. Научные основы микробиологической технологии. М.: Агропромиздат, 1985 г., 224 с.

9. Основы фармацевтической биотехнологии: Учебное пособие / Т.П. Прищеп, В.С. Чучалин, К.Л. Зайков, Л.К. Михалева. - Ростов-на-Дону.: Феникс; Томск: Издательство НТЛ, 2006.

За последние 20 лет биотехнология, благодаря своим специфическим преимуществам перед другими науками, совершила решительный прорыв на промышленный уровень, что в немалой степени обязано также развитию новых методов исследований и интенсификации процессов, открывших ранее неизвестные возможности в получении биопрепаратов, способов выделения, идентификации и очистки биологически активных веществ.

Биотехнология формировалась и эволюционировала по мере формирования и развития человеческого общества. Ее возникновение, становление и развитие условно можно подразделить на 4 периода.

1. Эмпирический период (от греч. еmperikos – опытный) или доисторический – самый длительный, охватывающий примерно 8000 лет, из которых более 6000 лет до н.э. и около 2000 лет н.э. Древние народы того времени интуитивно использовали приемы и способы изготовления хлеба, пива и некоторых других продуктов, которые теперь мы относим к разряду биотехнологических.

Известно, что шумеры – первые жители Месопотамии (на территории современного Ирака) создали цветущую в те времена цивилизацию. Они выпекали хлеб из кислого теста, владели искусством готовить пиво. Приобретенный опыт передавался из поколения в поколение, распространялся среди соседних народов (ассирийцев, вавилонян, египтян и древних индусов). В течение нескольких тысячелетий известен уксус, издревле приготавливавшийся в домашних условиях. Первая дистилляция в виноделии осуществлена в XII в.; водку из хлебных злаков впервые получили в XVI в.; шампанское известно с XVIII в.

К эмпирическому периоду относятся получение кисломолочных продуктов, квашеной капусты, медовых алкогольных напитков, силосование кормов.

Таким образом, народы исстари пользовались на практике биотехнологическими процессами, ничего не зная о микроорганизмах. Эмпиризм также был характерен и в практике использования полезных растений и животных.

В 1796 г. произошло важнейшее событие в биологии – Э. Дженнером были проведены первые в истории прививки человеку коровьей оспы.

2. Этиологический период (от греч. аitia – причина) в развитии биотехнологии охватывает вторую половину XIX в. И в первую треть ХХ в. (1856-1933 гг.). Он связан с выдающимися исследованиями великого французского ученого Л. Пастера (1822-1895) – основоположника научной микробиологии.

Пастер установил микробную природу брожения, доказал возможность жизни в бескислородных условиях, создал научные основы вакцинопрофилактики и др.

В этот же период творили его выдающиеся ученики, сотрудники и коллегм: Э.Дюкло, Э.Ру, Ш.Э.Шамберлан, И.И.Мечников; Р.Кох, Д.Листер, Г.Риккетс, Д.Ивановский и др.

В 1859 г. Л.Пастер приготовил жидкую питательную среду, Р.Кох в 1881 г. предложил метод культивирования бактерий на стерильных ломтиках картофеля и на агаризованных питательных средах. И, как следствие этого, удалось доказать индивидуальность микробов и получить их в чистых культурах. Более того, каждый вид мог быть размножен на питательных средах и использован в целях воспроизведения соответствующих процессов (бродильных, окислительных и др.).

Среди достижений 2-го периода особо стоит отметить следующие:

- 1856 – чешский монах Г.Мендель открыл законы доминирования признаков и ввел понятие единиц наследственности в виде дискретного фактора, который передается от родителей потомкам;

- 1883 – И.Мечников разработал теорию клеточного иммунитета;

- 1984 – Ф.Леффлер изолировал и культивировал возбудителя дифтерии;

- 1892 – Д.Ивановский открыл вирусы;

- 1893 – В.Оствальд установил каталитическую функцию ферментов ;

- 1902 – Г.Хаберланд показал возможность культивирования клеток растений в питательных растворах;

- 1912 – Ц.Нейберг раскрыл механизм процессов брожения;

- 1913 – Л.Михаэлис и М.Ментен разработали кинетику ферментативных реакций;

-1926 – Х.Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности;

В этот период было начато изготовление прессованных пищевых дрожжей, а также продуктов метаболизма – ацетона, бутанола, лимонной и молочной кислот, во Франции приступили к созданию биоустановок для микробиологической очистки сточных вод.

Тем не менее, накопление большой массы клеток одного возраста оставалось исключительно трудоемким процессом. Вот почему требовался принципиально иной подход для решения многих задач в области биотехнологии.

3. Биотехнический период – начался в 1933 г. и длился до 1972 г.

Особенно мощный толчок в развитии промышленного биотехнологического оборудования был отмечен в период становления и развития производства антибиотиков (время второй мировой войны 1939-1945 гг., когда возникла острая необходимость в противомикробных препаратах для лечения больных с инфицированными ранами).

Все прогрессивное в области биотехнологических и технических дисциплин, достигнутое к тому времени, нашло свое отражение в биотехнологии.

4. Геннотехнический период (от греч. genesis- происхождение, возникновение, рождение) начался с 1972 г., когда П. Берг создал первую рекомбинацию молекулы ДНК, тем самым показав возможность направленных манипуляцией с генетическим материалом бактерий.

Естественно, что без фундаментальной работы Ф.Крика и Дж. Уотсона по установлению структуры ДНК было бы невозможно достигнуть современных результатов в области биотехнологии. Выяснение механизмов функционирования и репликации ДНК, выделение и изучение специфических ферментов привело к формированию строго научного подхода к разработке биотехнических процессов на основе генноинженерных манипуляций.

Создание новых методов исследований явилось необходимой предпосылкой развития биотехнологии 4-ом периоде.

Молекулярно-генетический период развития микробиологии связан с выходом естественных наук на молекулярный уровень и дальнейшим развитием микробиологии, вирусологии и иммунологии. Создание электронного микроскопа сделало видимым мир вирусов и макромолекулярных соединений. Генетика бактерий пролила свет на проблемы изменчивости генов и создала целую науку - молекулярную биологию. Именно на бактериях доказана роль ДНК в передаче наследственных признаков. Расшифровка основных принципов кодирования генетической информации в ДНК бактерий, а также универсальность генетического кода бактерий и вирусов позволили установить общие молекулярно-генетические закономерности, свойственные высшим организмам.

Пол Берг в 1972 г. получил in vitro рекомбинантную ДНК, состоящую из фрагментов разных молекул вирусной и бактериальной ДНК. Кроме того он расшифровал геном кишечной палочки, что сделало возможным искусственное конструирование генов и пересадку отдельных генов из одних клеток в другие. К настоящему времени методы генной инженерии используют в производстве широкого спектра биологически активных веществ.

Использование разнообразных форм микроорганизмов сделало в ХХ в. актуальной теоретическую и практическую разработку вопросов их культивирования с целью интенсификации вызываемых ими процессов. Это, в свою очередь, обусловило необходимость изучения основ регуляции роста и развития микроорганизмов, поиск способов воздействия на их обмен веществ, что определило формирование еще одного направления современной микробиологии – управляемого культивирования микроорганизмов.

Развитие биотехнологии определяется высоким уровнем технологических новшеств. Здесь прежде всего имеются в виду производство питания за счет широкомасштабного выращивания дрожжей, водорослей и бактерий для получения белков, аминокислот, витаминов и ферментов; повышение продуктивности сельскохозяйственных культур (клонирование и отбор разновидностей растений на основе тканевых культур in vitro); биоинсектициды, биоудобрения; уменьшение загрязнения окружающей среды (очистка сточных вод, переработка отходов и побочных продуктов сельского хозяйства и промышленности).

Развитие биотехнологии и новых отраслей связано с эволюцией общего направления биологических исследований и возможностями получения легкодоступных и возобновляемых ресурсов, важных для жизни и благосостояния людей. Что касается более современных биотехнологических процессов, то они основаны на методах рекомбинантных ДНК, а также на использовании иммобилизованных ферментов, клеток или клеточных органелл. Другими словами, развитие биотехнологии в огромной степени определяется исследованиями в области микробиологии, биохимии, энзимологии и генетики микроорганизмов.

В перспективе на основе методов рекомбинантных ДНК биотехнология позволит освоить синтез растительных белков и добиться искусственного фотосинтеза и фиксации молекулярного азота в промышленных масштабах, решения экологических проблем, включая переработку отходов и борьбу с загрязнениями окружающей среды. Биологические препараты, практически значимые в растениеводстве, животноводстве, хранении и переработки сельскохозяйственной продукции, приведут к снижению энергоемкости сельскохозяйственного производства, стабильности экологического равновесия и сбалансированному (функциональному) питанию населения. Биотехнология возобновляемого сырья позволит получать продукты питания и производить различные материальные ценности.

С 80-х гг. активно начались работы по секвенированию (определение их первичной аминокислотной или нуклеотидной последовательности) геномов, в середине 90-х гг. был разработан проект генома человека и животных. Это стимулировало рост инноваций для биотехнологических разработок лекарств и другие крупнейшие прорывы в области геномики микроорганизмов. Возникла новая стадия развития биотехнологии — суперсовременная биотехнология, ориентированная преимущественно на медицину: более 70% всех исследований и практических результатов связано с получением фармацевтических и биомедицинских препаратов.

Файлы: 1 файл

РЕФЕРАТ 1.docx

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Студент группы ХТБ – 220

Профессор кафедры ХТПУ

1. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-4

2. Медицинская биотехнология в контексте человеческого развития 5-10

3. Молекулярная медицина. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11-18

3.1.Универсальная вакцина от гриппа — мечты и реальность . .11-13

3.2. Ствол и ветки: стволовые клетки. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . .13-15

3.3. Наномедицина будущего: трансдермальная доставка с использованием наночастиц. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15-16

3.4. Тканевая инженерия – окно в современную медицину. . . .17-18

5. Заключение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

6. Список использованной литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Главная цель применения - более полное использование потенциала живых организмов в интересах хозяйственной деятельности человека.

Рождение биотехнологии обусловлено потребностями общества в новых, более дешевых продуктах для народного хозяйства, в том числе медицины и ветеринарии, а также в принципиально новых технологиях. Еще в середине прошлого века стали внедряться новые подходы в биотехнологии, в связи с тем, что совершенствование методов микробиологии и химического мутагенеза дало возможность получать высокопродуктивные штаммы. Было обнаружено много полезных для человека микробиологических продуктов, и, прежде всего — различные лекарственные соединения. Первый антибиотик – пенициллин – был введен в 1940 году. В след за пенициллином были открыты и другие антибиотики (эта работы продолжается и поныне). Первое биотехнологическое лекарство – рекомбинантный человеческий инсулин – появилось в 1982 году. За последние 40 лет создано более 200 биотехнологических лекарств, и еще более 400 находятся на стадии исследований. В 1953 Уотсон и Крик определили структуру молекулы ДНК. С 1961-1966 расшифрован генетический код.

С 80-х гг. активно начались работы по секвенированию (определение их первичной аминокислотной или нуклеотидной последователь ности) геномов, в середине 90-х гг. был разработан проект генома человека и животных. Это стимулировало рост инноваций для биотехнологических разработок лекарств и другие крупнейшие прорывы в области геномики микроорганизмов. Возникла новая стадия развития биотехнологии — суперсовременная биотехнология, ориентированная преимущественно на медицину: более 70% всех исследований и практических результатов связано с получением фармацевтических и биомедицинских препаратов.

Биотехнология использует продукцию клеток как сырье, которое в результате технологической обработки превращается в конечный продукт. С помощью биотехнологии получают множество продуктов, используемых в различных отраслях:

- медицине (антибиотики, витамины, ферменты, аминокислоты, гормоны, вакцины, антитела, компоненты крови, алкалоиды, пищевые белки, нуклеиновые кислоты, нуклеозиды, нуклеотиды);

- ветеринарии и сельском хозяйстве (кормовой белок: кормовые антибиотики, витамины, гормоны, вакцины);

- пищевой промышленности (аминокислоты, пищевые белки, липиды, сахара, спирты, дрожжи);

- химической промышленности (ацетон, этилен, бутанол);

- энергетике (биогаз, этанол).

2. Медицинская биотехнология в контексте человеческого развития.

Нет такого экспериментального подхода или исследовательского направления в биотехнологии, которые бы не получили применения в медицине. Вот почему столь многообразны связи между биотехнологией и самой гуманной из всех наук.

Важнейшим открытием явилась разработанная в 1975 Г. Келером и С. Мильштейном техника использования гибридом для получения моноклональных антител желаемой специфичности. Моноклональные антитела используют как уникальные реагенты, для диагностики и лечения различных заболеваний.

Изобретение лазера и его применение в медицине позволило усовершенствовать хирургические инструменты. Впервые лазерный скальпель использовал X. Верной Инграм в 1964 г., выполнив операцию на глазах. С тех пор с помощью лазера проводят самые сложные хирургические операции.

В конце 50-х гг. XX в. начали делать пересадку органов - печени, почек, легких, поджелудочной железы и кишок. А в 1967 г. хирург из ЮАР Кристиан Барнард сделал первую в истории операцию по пересадке сердца. В 1980-е гг. был обнаружен синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД) - неизвестная прежде болезнь, которая быстро распространилась по всей планете, в особенности в африканских и азиатских странах. Ученые до сих пор ищут эффективный способ ее лечения. В 1994 году для централизации решения всех задач, связанных с разработкой и подготовкой к клиническому применению новых видов биопротезов для сердечно-сосудистой хирургии, в Центре организован научно-производственный отдел Медицинской биотехнологии. С 2001 года в отделе развивается новое направление - разработка медицинских биологических клеев для сердечно-сосудистой хирургии. В настоящее время создана двухкомпонентная клеевая композиция на желатино-резорциновой основе. Успешно пройдена клиническая апробация, клей рекомендован к применению в медицинской практике.

Высокие медицинские технологии последнего времени подняли человечество на новую ступень социальной эволюции, позволив кардинальным образом изменить вектор его (человечества) развития. При этом экспоненциальному прогрессу в сфере клинической и профилактической медицины, равно как и в фармацевтической промышленности существенно способствовали выдающиеся достижения в биотехнологии, а также других областях науки и техники.

То, что казалось в медицинской практике фантастическим вчера, уже сегодня постепенно внедряется в реальную жизнь. Объективно можно констатировать, что инновации генных, информационных и иных технологий потенциально обладают уникальной возможностью победоносно воздействовать на многие болезни современности, целенаправленно вносить требуемые коррективы в геном человека, значительно увеличивать продолжительность жизни, восстанавливать или заменять стареющие органы на новые в рамках регенеративной медицины, вести беременность вне стенок утробы матери, дистанционно консультировать, обследовать, оперировать пациентов и наблюдать за состоянием их здоровья в режиме онлайн и многое другое, что сложно было прогнозировать буквально ещё несколько десятилетий назад.

Нужно сказать, что одной из отраслей, которая гармонично влилась в отмеченный выше поток технологической революции, является фармацевтика. К препаратам, в производстве которых применяется биотехнология, относятся, в частности:

природные / полусинтетические антибиотики, способные подавлять рост живых клеток;
стероидные гормоны;
моно- и комплексные лекарства на основе аминокислот: глицин, глутамин, метионин и др.;
водорастворимые (B₁, B₂, B₃, B₅, B₆, B₁₂, C) и жирорастворимые (A, D, E, K) витамины, имеющие высокую биологическую ценность и служащие активным биокатализатором метаболических процессов в организме;
оптимизирующие микробиологический статус пробиотики, включающие в себя бифидо- и молочнокислые бактерии, лактобациллы, некоторые штаммы энтерококков;
ферменты (энзимы), участвующие в биохимических реакциях внутри и вне живых организмов;
вакцины (в частности, получаемые за счёт технологии рекомбинантных ДНК), усиливающие защитные функции иммунной системы к деструктивным микроорганизмам и патогенным вирусам;
рекомбинантный и лейкоцитарный интерферон для лечения вирусных гепатитов и т. д.

Говоря о медицинской биотехнологии, нельзя не отметить её исключительный вклад в борьбу со старением, что стало возможным благодаря открытиям в молекулярной биологии, разгадке структуры ДНК, расшифровке генома человека и иным успехам в этой области. Представляется, что дальнейшее развитие генетической инженерии, являющейся одной из наиболее могущественных прикладных биотехнологических инструментов, даст мощный импульс таким передовым ответвлениям, как генодиагностика и генотерапия. Они принципиально улучшат качество медицинского обслуживания населения и позволят уже на эмбриональной стадии точно выявлять и в щадящем для всего организма режиме устранять зачатки тех или иных заболеваний (генетических, онкологических, инфекционных).

В контексте рассматриваемой проблематики особо нужно выделить зарождающуюся ныне нанобиотехнологию, которая, гармонично вобрав в себя прогрессивные методы биотехнологии и нанотехнологии, делает реальным, к примеру, адресную доставку лекарственных средств в нанокапсулах, проведение хирургических операций с помощью высокоточных наноинструментов, изготовление биореакторов для выращивания стволовых клеток (способных обновлять или замещать повреждённые или утраченные клеточные структуры), создание биосенсоров и зондовых микроскопов, фильтрацию жидкостей организма от вредных веществ с помощью мембран с нанопорами, производство антибактериальных перевязочных материалов с пропиткой из мгновенно останавливающей кровотечение жидкости.

Вместе с тем, несмотря на показанные выше очевидно созидательные составляющие частной медицинской биотехнологии, имеется и ряд дискуссионных вопросов, особенно связанных с такими проблемами, как недостаточная изученность последствий от генетического манипулирования, сложность с определением пределов допустимого антропогенного вмешательства в биологические процессы, а также морально-этическая неоднозначность генно-инженерной деятельности в плоскости человеческого достоинства.

Медицинские биотехнологии подразделяются на диагностические и лечебные.

Диагностические медицинские биотехнологии подразделяются на химические (определение диагностических веществ и параметров их обмена) и физические (определение физических полей организма).

Определение физических полей человеческого организма имеет большое диагностическое значение. Физическая диагностика дешевле и быстрее, чем химическая, поэтому ее роль в будущем будет возрастать.

Раньше диагностические химические биотехнологии сводились к определению в тканях и биологических жидкостях веществ, имеющих диагностическое значение. Назовем этот подход статическим. В настоящее время диагностика использует определение скоростей образования и распада представляющих интерес веществ, а также определение активности ферментов, осуществляющих соответственно синтез и деградацию этих веществ. Назовем этот подход динамическим. Диагностика стала оценивать влияние на метаболизм диагностических веществ определенных функциональных воздействий. Такой подход можно назвать функциональным. Он позволяет выявить резервные возможности организма.

Читайте также: