Сообщение о биотехнологиях и медицинских технологиях будущего
Обновлено: 02.07.2024
Биотех и медицина – одни из самых модных, востребованных и интересных направлений в высокотехнологичном бизнесе. Тысячи амбициозных стартапов привлекают миллиарды инвестиций и представляют продукты, которым место скорее на страницах фантастических романов. Хирурги, которые видят ваше тело насквозь, неразличимые глазом датчики, анализирующие информацию о вашем самочувствии, кибернетические конечности для инвалидов, лазерные скальпели, генная терапия, роботы-сиделки и многое другое. Как все это меняет мир медицины и что нас ждет в ближайшем будущем?
Диагностика
Основа лечения — правильный диагноз, поэтому почти треть современных компаний в биотехе так или иначе связаны с мониторингом физического состояния человека. Наиболее перспективное направление развития — внедрение в организм микродатчиков. Это могут быть небольшие таблетки вроде создаваемых FitBit, или биометрические татуировки, такие как VivaLNK, или RFID — микрочипы, имплантируемые под кожу. Подобные датчики не только в режиме реального времени измеряют все важные параметры здоровья, но и создают полноценную медицинскую карту в облаке, которую может использовать лечащий врач.
Проекты вроде Qualcomm Tricorder X Prize или Viatom Check Me, измеряющие пульс, температуру тела, насыщение ее кислородом, систолическое и артериальное давление, физическую активность и сон, открывают новую страницу в медицинской помощи. Вместо текущих симптомов врач видит динамику на протяжении месяцев. Сами пациенты получают возможность оперативнее замечать негативные изменения в своем состоянии, а медицинские и страховые компании использовать больше данных для оптимизации расходов на лечение и страхование.
Замена и модификация органов
Медицинская 3D-печать и биотехнологическая промышленность заново проектируют весь мир фармацевтики и донорских органов. 2016 был годом успешной 3D-печати печени, артерии и кости. Пересаженные органы показали успешное приживление: поскольку новые ткани основаны на генетической карте самого пациента, то риск отторжения при удачной пересадке минимален. Более того, новые органы сами развивали в себе сеть сосудов и капилляров. В этом году Harvard’s Wyss Institute вплотную приблизился к созданию искусственной почки. И уже в ближайшем будущем врачи смогут напечатать замену для любого органа в нашем теле. Аналогичная ситуация в фармацевтике – 3D-принтеры будут готовить для пациентов дозы лекарств, распечатанных на месте по модели, подготовленной индивидуально лечащим врачом.
Параллельно с печатью живых органов развивается индустрия создания киборгов. Сейчас автоматизированные протезы имеют замещающий характер: миллионы пациентов носят имплантированные дефибрилляторы или кардиостимуляторы, роботизированные конечности, подключенные к нервной сети. Но потенциал развития данного направления гораздо выше, чем простое замещение. Достижения в области будущей медицинской техники будут направлены не столько на ремонт физических недостатков, сколько на создание органов более совершенных, чем спроектированные эволюцией. Зрение во всех областях спектра, усиленные мышцы, сердце, которое никогда не перестанет биться, легкие, позволяющие дышать под водой или в удушливом дыму и т. д. Но пока такие направления остаются чисто теоретическими, работают гораздо более простые, но тем не менее эффективные проекты вроде е-NABLING. Это программа по свободному обмену 3D-моделями доступных протезов плюс инструкции по их печати и эксплуатации.
Исследования
Следующее важнейшее направление биотеха — модернизация процесса R&D. В этой области отчетливо заметны два крупнейших направления: изучение генома человека и моделирование физических процессов с помощью специализированных программ. В мире уже испытывается целая серия микрочипов, которые могут быть использованы в качестве моделей человеческих клеток, органов или целых физиологических систем. Преимущества такой инновации неоспоримы: вместо долгих и опасных исследований компании могут программировать поведение и реакцию человека на тот или иной раздражитель в контексте биотеха на разрабатываемые лекарства. Эта технология спровоцирует революцию в области клинических испытаний и полностью заменит тестирование на животных и людях.
Проект расшифровки генома человека начался около 30 лет назад, но настоящие прорывы были связаны с ростом вычислительной производительности компьютеров. Сейчас эта работа близка к завершению, определено большинство функций генов в ДНК-цепочке человека. На практике это означает начало эры персонализированной медицины, когда каждый пациент сможет получить индивидуальную терапию с настраиваемыми лекарствами и дозировками. Уже сейчас существуют сотни основанных на фактических данных приложений для персональной геномики. Метод быстрого генетического секвенирования был впервые применен командой Стивена Кингсмора для спасения жизни маленького мальчика в 2013 году. Тогда это было невероятным, крайне затратным и уникальным по своей эффективности случаем. Уже в ближайшем будущем это станет обыденной медицинской практикой.
Операции будущего и новое образование
В медицине еще долго будет необходимо присутствие живых врачей. Но благодаря технологиям у них в распоряжении будет нечто большее, чем два обычных глаза: на помощь придет дополненная реальность. Уже сейчас эта, на первый взгляд развлекательная, технология начинает проникать в медицинскую сферу. Цифровые контактные линзы от Google корректируют курс лечения диабета через измерение уровня глюкозы в слезных протоках. Разработка Microsoft Hololens (использование AR во время операций) уже проходит тестирование в Германии. Получаемые через сканирование данные проецируются на очки хирургу, так что доктор буквально может смотреть сквозь тело пациента, видеть кровеносные сосуды перед началом разреза, определять плотность и структуру ткани. Как дополнительное улучшение можно использовать интеллектуальные инструменты: например, хирургический нож iKnife от Imperial College работает как световой меч джедаев. Электрический ток позволяет делать надрезы с минимальной потерей крови, а испаренный дым анализируется масспектрометром в режиме реального времени, давая хирургу полную картину по составу тканей организма.
Еще одна сфера применения AR – программы медицинского обучения. В 2016 году доктор Шафи Ахмед провела первую операцию с использованием камер виртуальной реальности в больнице Royal London. Каждый желающий мог наблюдать за ней в режиме реального времени через две камеры, дающие обзор в 360 градусов. Технологии могут совершенно изменить форматы профильного образования: молодые медики будут изучать анатомию на виртуальных таблицах рассечения, а не на человеческих трупах, а сотни учебных томов будут преобразованы в виртуальные 3D-решения и модели с использованием дополненной реальности. Именно в этом направлении сейчас работают такие компании, как Anatomage, ImageVis3D и 4DAnatomy: интерактивный софт, построенный на дополненной реальности и моделировании ресурсов.
Забота о пациентах и медицинский суперкомпьютер
Роботы постепенно входят в мир заботы о пациентах. Работа врача – поставить диагноз, назначить лечение или провести операцию, а круглосуточный уход можно переложить на плечи разумных автоматов. Сейчас на рынке развиваются сразу несколько подобных проектов. Робот TUG – мобильное устройство, способное нести несколько стоек, тележек или отсеков, содержащих препараты, лабораторные образцы или другие чувствительные материалы. RIBA и Robear используются в работе с пациентами, которые нуждаются в помощи: оба могут поднимать и перемещать пациентов в постели, помочь пересесть в инвалидную коляску, встать или приподняться, чтобы предотвратить пролежни, взять ряд анализов и передать их врачи.
Помимо механических помощников в медицине активно используются методики машинного обучения. Разрабатываемый IBM Watson – искусственный интеллект в области медицины, будет помогать врачам в анализе больших данных, мониторинге как отдельных пациентов, так и целых социальных групп, принятии важных клинических и профилактических решений. Watson имеет возможность прочитать 40 млн. документов в течение 15 секунд и предложить наиболее подходящие методы лечения. Также суперкомпьютеры привлекаются к разработке лекарственных средств для моделирования их влияния на различные болезни, сокращения побочных эффектов и поиска оптимальных химических формул. Еще одно направление – статистика и администрирование. Google Deepmind Health использует данные медицинской документации, чтобы обеспечить наиболее востребованные, эффективные и быстрые услуги в области здравоохранения.
В качестве резюме
Нельзя не упомянуть и о рисках, которые несут в себе прогрессивные технологии. Например, развитие видеоигр спровоцировало синдром зависимости и даже посттравматические расстройства, шлемы виртуальной реальности вызывают привыкание и проблемы со зрением и координацией. Медицинский 3D-принтер наверняка сможет распечатывать не только полезные витамины, но и героин. А лекарства на основе генома в руках террористов – потенциальная угроза появления биологического оружия. Как и любой аспект прогресса, развитие медицины несет в себе множество угроз, и какая чаша весов в итоге перевесит, предсказать невозможно.
Технологии меняют окружающий нас мир, более того - они делают это быстро. Но если говорить о медицине, то можно утверждать следующее. Технологии не решат проблемы, которые стоят во всем мире перед здравоохранением. Но и человек самостоятельно уже не может справляться, поэтому необходимо создать баланс между внедрением технологий в нашу жизнь и сохранением человеческих взаимоотношений между пациентом и врачом. Вот 11 новейших технологий и идей, которые должны нам помочь в создании такого мира.
Датчики здоровья для портативной диагностики.
Смартфоны, используемые как биосенсоры, и носимые медицинские устройства позволяют пациентам измерять почти любой параметр здоровья прямо на дому. И это означает, что информация и данные здоровья в конце концов будут доступны не только "колдунам в медицинской башне", но и дома простым смертным. Именно таким образом люди могут получить возможность лучше следить за своим здоровьем и, более того, лучше управлять своим организмом. И жизненный стиль будет подстраиваться под требования подобных устройств, которые хотят сделать нас более здоровыми. Уже существуют приложения, которые учат нас правильно есть, мы уже скоро сможем измерять количество калорий в пище, которую мы едим. Мы также уже можем измерять насыщенность крови кислородом, изменения нашего пульса, ЭКГ, ЭЭГ и многое другое.
Искусственный интеллект в диагностике и принятии решений
Суперкомпьютер Watson компании IBM был протестирован в нескольких клиниках с целью поддержки принятия медицинских решений. Пока доктор общается с пациентом, Watson просматривает медицинскую карту больного и глобальную литературу, которая имеет отношение к рассматриваемому случаю, после чего выдает предложения. И каждый раз врач делает окончательный вывод, уже имея всю доступную информацию.
Конец эры экспериментов на людях
Даже сейчас мы все еще продолжаем испытывать новые лекарства и вещества на людях. Некоторые из испытуемых получают лекарство, другие - из контрольной группы - пустышку, плацебо, что позволяет потом увидеть разницу. Но сегодня несколько исследовательских групп работает над созданием первой виртуальной психологической модели человеческого тела. С использованием этой модели можно будет испытать тысячи новых веществ, миллиарды моделей пациентов могут исследоваться, чтобы выяснить побочные эффекты или токсические составляющие новых лекарств. И все это с помощью суперкомпьютера. Самый известный пример такого проекта - Hummod.
Дополненная реальность
Некоторые врачи уже используют Google Glass для того, чтобы транслировать ход операции студентам-медикам, что позволяет обучать их абсолютно новым способом. Подобное устройство позволяет также разговаривать с пациентом во время врачебного приема, не отворачиваясь к монитору, чтобы прочитать его медицинскую карту или ввести туда новую информацию.
Специальные очки Evena позволяют медсестрам видеть вены, по которым течет кровь, что обеспечивает точность при инъекциях в кровеносные сосуды. Возможности, которые возникают с такими технологиями, практически безграничны.
Социальные медиа и их влияние
Это не реальная и не уникальная технология, но в целом социальные медиа играют большую роль в инициации процесса участия пациентов в здравоохранении. Сегодня пациенты получают доступ ко всей медицинской информации о себе, которая до сих пор была доступна только профессионалам-медикам. Во всех развитых странах, в список которых Россия, увы, не входит.
Более того, уже становится возможным связываться с другими людьми, имеющими такие же медицинские проблемы. Примером такой организации общения является SmartPatients - интернет-сообщество, где пациенты и ухаживающие за ними люди обмениваются опытом об уходе за больными, лечении, клинических случаях, новейших научных данных, узнавая, как все это подходит для их конкретного случая.
Биотехнология своими руками
С появлением нового поколения исследователей и инноваторов, таких как, например, Джек Андрака, который в 15-летнем возрасте изобрел новый тест на рак поджелудочной железы, принципы научных исследований начали полностью меняться. Открытый доступ к публичным базам данным и открытый обмен документами, а также открытые для всех лаборатории, такие как DIYbio (Do-It-Yourself Biologist), позволяют многим людям прорабатывать свои идеи и проводить эксперименты.
Геномика для обычного человека
C развитием технологий геномики любой человек может получить доступ к собственной геномной последовательности, заказав ее компании, специализирующейся на этом. Еще несколько лет назад стоимость этого равнялась примерно 3 млрд. долларов, а сейчас цена составляет всего около 1 - 2 тыс. долларов, а через какое-то время процесс получения геномной последовательности станет даже дешевле, чем доставка образца. Хотя мы пока не можем принимать много медицинских решений, основываясь на подобных "чистых" данных, анализ нашего ДНК скоро сможет предоставить нам возможность принимать лучшие решения, которые будут определять наше будущее. И тогда эра персонализированной медицины, в которой мы будем принимать только те лекарства, которые были созданы под нашу собственную геномику, наконец станет действительностью.
Хирургические и андроидные роботы
В мире уже работают тысячи хирургических роботов компании daVinchi. Некоторые медицинские школы начинают обучать будущих хирургам навыкам, необходимым, чтобы контролировать робота вместо того, чтобы делать операцию самому. Это ремесло становится более сложным и одновременно более надежным и интуитивно понятным. Вскоре роботы будут так точны, что смогут превращать движения человеческой руки в сверхточные перемещения робота. Возможно, настанут времена, при которых в районах, где не хватает врачей, простые хирургические операции будут осуществляться доктором, который контролирует робота из другого города.
А вот другой пример - телемедицинская компания InTouch Health разрабатывает телемедицинского робота для неотложной помощи, который позволяет врачу быть там, где он нужен по крайней мере наполовину виртуально.
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Стремительное развитие биологической науки, обусловленное появлением высокопроизводительных приборов и созданием методов манипулирования информационными биополимерами и клетками, подготовило фундамент для развития медицины будущего. В результате исследований последних лет были разработаны эффективные диагностические методы, появились возможности для рационального конструирования противовирусных, противобактериальных и противоопухолевых препаратов, средств генотерапии и геномного редактирования. Современные биомедицинские технологии все в большей степени начинают влиять на экономику и определять качество жизни людей.
С помощью современных медицинских технологий и фармпрепаратов сегодня удается излечивать многие болезни, представлявшие в прошлом огромную медицинскую проблему. Но с развитием практической медицины и ростом продолжительности жизни все более актуальной становится задача здравоохранения в самом прямом смысле этого слова: не просто бороться с болезнями, но поддерживать имеющееся здоровье, чтобы человек мог вести активный образ жизни и оставаться полноценным членом общества до глубокой старости.
Такую задачу можно решить, обеспечив постоянный эффективный контроль за состоянием организма, который позволил бы избегать действия неблагоприятных факторов и предупреждать развитие заболевания, выявляя патологический процесс на самом раннем этапе, и ликвидировать саму причину возникновения болезни.
Для управления здоровьем необходимо иметь эффективные и простые малоинвазивные методы ранней диагностики заболеваний и определения индивидуальной чувствительности к терапевтическим препаратам, а также факторам внешней среды. Например, должны быть решены (и уже решаются) такие задачи, как создание систем для генной диагностики и выявления возбудителей инфекционных заболеваний человека, разработка методов количественного определения белков и нуклеиновых кислот – маркеров заболеваний.
Отдельно стоит выделить создание методов ранней неинвазивной диагностики (жидкостная биопсия) опухолевых заболеваний, основанных на анализе внеклеточной ДНК и РНК. Источником таких нуклеиновых кислот служат как погибшие, так и живые клетки. В норме их концентрация относительно низка, но обычно возрастает при стрессе и развитии патологических процессов. При возникновении злокачественной опухоли в кровоток попадают нуклеиновые кислоты, выделяемые раковыми клетками, и такие характерные циркулирующие РНК и ДНК могут служить маркерами заболевания.
Сейчас на основе подобных маркеров разрабатываются подходы к ранней диагностике рака, методы прогнозирования риска его развития, а также оценки степени тяжести течения болезни и эффективности терапии. Например, в Институте химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН было показано, что при раке предстательной железы повышается степень метилирования определенных участков ДНК. Был разработан метод, позволяющий выделить из образцов крови циркулирующую ДНК и проанализировать характер ее метилирования. Этот способ может стать основой точной неинвазивной диагностики рака простаты, которой на сегодня не существует.
Важным источником информации о состоянии здоровья могут служить так называемые некодирующие РНК, т. е. те РНК, которые не являются матрицей для синтеза белков. За последние годы было установлено, что в клетках образуется множество различных некодирующих РНК, участвующих в регуляции самых разных процессов на уровне клеток и целого организма. Изучение спектра микроРНК и длинных некодирующих РНК при различных состояниях открывает широкие возможности для быстрой и эффективной диагностики. В Институте молекулярной и клеточной биологии СО РАН (ИМКБ СО РАН, Новосибирск) и ИХБФМ СО РАН идентифицирован ряд микроРНК – перспективных маркеров опухолевых заболеваний.
Клеточная инженерия
Клеточная инженерия - метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции. При гибридизации искусственно объединяют целые клетки с образованием гибридного генома. Клеточная реконструкция связана с созданием жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток (ядра, цитоплазмы, хромосом и др.). Клеточная инженерия используется для решения теоретических проблем в биотехнологии, для создания новых форм растений, обладающих полезными признаками и одновременно устойчивых к болезням и т. п.
Примеры использования клеточной инженерии: возможно слияние эмбрионов на ранних стадиях, создание химерных животных. Таким способом были получены химерные мыши при слиянии эмбрионов белых и черных мышей, химерное животное овца-коза.
Клонирование
Клонирование - “получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения” По-другому определение клонирования звучит так “Клонирование - это процесс изготовления генетически идентичных копий отдельной клетки или организма”. То есть эти организмы похожи не только внешне, но и генетический код, заложенный в них, одинаков.
Одной из главных задач в данной области является создание коров, в молоке которых будет содержаться сыворотка человеческого алгаомина. Эта сыворотка используется для лечения ожогов и иных травм, и мировая потребность в ней составляет от 500 до 600 тон в год. Это одно направление. Второе-создание органов животных, которые можно будет использовать для трансплантации человеку. “Во всех странах существует серьезный недостаток донорских органов почек, сердец, поджелудочных желез, печени. Поэтому идея, что можно создать практически конвейерное производство транс генетических свиней, по графику поставляющих такие органы для пациентов, специально подготовленных для приема этих органов, вместо того, чтобы отчаянно пытаться найти подходящую ткань у донора-человека - такая идея является волнующей перспективой”.
Первым, кто доказал возможность искусственного получения
близнецов, был немецкий эмбриолог Дриш. Разделив клетки двуклеточного зародыша морского ежа, он получил два генетически идентичных организма.
Первые успешные опыты по трансплантации ядер клеток тела в яйцеклетку осуществили в 1952 году Бриге и Кинг, проводившие опыты с амебами. А в 1979 году англичанин Виладсен разработал метод получения однояйцевых близнецов из эмбрионов овцы и коровы. Однако развития эмбрионов добиться не удалось” А в 1976 году Дж. Гердон доказал возможность клонирования на лягушках. Однако лишь в 1983 году учёным удалось получить серийные клоны взрослых амфибий. В США (1952) У. Р. Бриггс и Т. Дж. Кинг, в Англии Д. Б. Гордон (1960) получили генетические копии лягушки, а в 1997 году шотландец И. Уилмут получает хирургическим путём знаменитую овцу Долли - генетическую копию матери. Для этого из клеток её вымени было взято ядро для пересадки в яйцеклетку другой овцы. Успеху способствовало то, что взамен инъецирования нового ядра применялись воздействия, приводящие к слиянию лишённой ядра яйцеклетки с обычной неполовой клеткой. После этого яйцеклетка с заменённым ядром развивалась как оплодотворённая. Очень важно, что этот метод позволяет взять ядро клонируемой особи в зрелом возрасте, когда уже известны её важные для человека хозяйственные признаки. Профессор Нейфах и его коллеги из Института биологии развития Российской медицины недавно скопировали каспийского осетра. Основной аргумент российских биологов - они пытаются спасти каспийского осетра как вид. По размерам искусственные осетры, правда, пока не дотягивают до нормы, но, как утверждают исследователи, это уже технические трудности.
А ученые из университета штата Висконсин опробовали новую методику клонирования млекопитающих, отличную от той, что применялась учеными из Рослингского института, вырастившими Долли. В качестве основного исходного материала новаторы использовали яйцеклетку коровы. Ее лишали так называемого генетического кода и имплантировали молекулы ДНК других клонируемых животных свиньи, крысы, овцы или обезьяны. При этом источником наследственного материала служили клетки тканей взрослых особей, взятые, например, из свиного или крысиного уха. После искусственного оплодотворения из коровьей яйцеклетки, получившей новую генетическую информацию, развивался зародыш другого млекопитающего - копия генетического донора. Таким образом, ученым удалось благополучно вырастить в лабораторных условиях эмбрионы свиньи, крысы, овцы, обезьяны да и самой коровы.
Специалисты из Висконсинского университета уверены, что их исследования имеют важное значение для развития генной инженерии и изучения возможностей генетического донорства. Руководители этих работ Нил Ферст, одним из первых в США приступивший к опытам по клонированию коров, и Таня Доминко полагают, что использованная ими методика в будущем сможет помочь сохранению исчезающих и редких видов животных.
Сейчас перед людьми не стоит вопроса: “Клонировать или нет? ” Конечно, клонировать. Благодаря этому открываются новые возможности. Например, в сельском хозяйстве можно получить высоко продуктивных животных или животных с человеческими генами. А также клонирование органов и тканей-задача номер один в траспланталогии. Стоит другой вопрос: “Разрешить ли клонирование человека? ” С одной стороны это возможность бездетных людей иметь своих собственных детей, а с другой-возможность получения новых Наполеонов и Гитлеров, а также получение клонов для последующего использования их в качестве доноров необходимых органов.
Трансплантация клонируемых органов способна спасти миллионы людей, умирающих по всему свету из-за дефицита органов, который создается, кстати, из-за всевозможных ограничений, навязанных "моралистами": целостность трупа и его неприкосновенность после смерти. Вторым важным следствием трансплантации клонируемых частей тела может стать пересадка утраченных органов: рук, ног, глаз и т. д. Лишить людей надежды забыть про инвалидность и стать нормальными людьми.
Микробиом как объект и субъект терапии
В медицине биотехнологические приемы и методы играют ведущую роль при создании новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов, предназначенных для ранней диагностики и лечения различных заболеваний. Дальнейший прогресс человечества во многом связан с развитием биотехнологии. То, что казалось в медицинской практике фантастическим вчера, уже сегодня постепенно внедряется в реальную жизнь. В целом, биотехнология представляет собой систему приемов, позволяющих получать промышленным способом ценные продукты за счет использования процессов жизнедеятельности живых организмов.
В фармацевтической промышленности биотехнологии применяются для производства антибиотиков, иммунобиологических препаратов, генно-инженерных лечебно-профилактических препаратов, для производства энзимов, биологически активных веществ и других медицинских препаратов. Важным направлением биотехнологий в медицине является использование биотехнологий для реконструкции тканей и органов человека с использованием стволовых клеток.
Одним из перспективных направлений является использование нанотехнологий в медицинских целях, создание новых носителей и средств целевой доставки лекарственных препаратов.
Новые биологические технологии используются в диагностике и лечении сердечно-сосудистых, онкологических, аллергических и эндокринных заболеваниях.
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.
Список используемых источников
Биотехнологии, несмотря на весь пафос и инновационность названия – одна из наиболее древних отраслей, появившаяся тогда, когда само понятие науки еще не было устоявшимся. При этом, безо всяких сомнений, сегодня биотехнологии в широком смысле данного понятия являются одним из наиболее перспективных и многообещающих направлений изучения возможностей использования живых организмов.
Первый же патент в области биотехнологий был выдан в 1891 году в США – японский биохимик Дз. Такамине открыл методику использования ферментных препаратов в промышленных целях: применять диастазу для осахаривания растительных отходов.
В XX веке развитие биотехнологий обрело новый вид и множество направлений – в частности, они начали оказывать влияние на другие отрасли и области хозяйственно-экономической деятельности человека. Стоит сказать лишь, что активное развитие бродильной и микробиологической промышленности дало нам сотни, если не тысячи, методик и препаратов, существенно улучшающих жизнь каждого человека: стало возможным производство антибиотиков, пищевых концентратов, а также осуществление контроля за ферментацией продуктов растительного и животного происхождения, что безумно важно для обеспечения продовольствием.
Выделение и очищение до приемлемого уровня первого антибиотика – пенициллина, стало возможным лишь в 1940 году, одновременно выведя всю отрасль биотехнологий на совершенно новый уровень и ставя новые задачи, такие как: поиск и отработка технологий производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами, работа над удешевлением и повышением уровня безопасности при приеме лекарственных препаратов пациентом и так далее.
В сегодняшнем мире биотехнологии уже фактически неразрывно связаны с инженерией (в том числе и генной), энергетикой, медициной, сельским хозяйством, экологией и многими другими отраслями и научными направлениями мысли.
На стыке биотехнологии и других научных областей могут рождаться самые интересные и неожиданные решений, позволяющие глубже узнавать и использовать потенциал самых разнообразных живых организмов. Как следствие, мы больше узнаем о тех процессах, с помощью которых мы получаем:
На какие отрасли могут оказать влияние биотехнологии в самом ближайшем будущем? Почти на все, ведь мы видим дальнейшую интеграцию различных научных и прикладных областей друг с другом.
Исследователи подсчитали, что для экспедиции на Марс продолжительностью примерно около двух с половиной лет, использование современных методов, применяемых в биотехнологиях, позволит в два с половиной раза сократить потребность в горючем топливе и на ⅓ – в продовольствии. В докладе исследователи отметили, что последние разработки на стыке биологии и нанотехнологий также помогут в строительстве жилых модулей. Непосредственно на другой планете, будь то Марс или какая-то другая. Все необходимые для этого материалы можно синтезировать прямо на месте, а строительные блоки получать по технологии многослойной 3D-печати.
При этом, конечно, никто сегодня не исключает того факта, что в будущем полное клонирование человека станет возможным. Как это простимулирует всю отрасль биотехнологий и какие новые наукоемкие направления работы в ней появятся вслед за этим событием – покажет будущее.
Это специалист по замещению существующих и формально устаревающих решений в различных отраслях новыми методиками из области биотехнологий (например биотопливо вместо дизельного топлива, или органические строительные материалы вместо цемента, бетона и стали).
Это специалист по планированию, проектированию и созданию технологий замкнутого цикла с участием генетически модифицированных организмов и микроорганизмов (биореакторы, системы производства еды в городских условиях).
Это специалист, занимающийся проектированием городов нового типа, с использованием последних достижений в области биотехнологий, в том числе чистых биологических энергоресурсов и систем контроля загрязнения окружающей среды.
Это специалист по созданию новых лекарственных биопрепаратов с заданными свойствами, которые смогут заменить искусственно синтезированные лекарства.
Это специалист по внедрению генно-модифицированных культур в сельском хозяйстве, занимающийся также и внедрением биотехнологических решений и получением результата с заданными свойствами, которые могут быть самыми разными: высокая урожайность, повышенная стойкость к неблагоприятным погодным условиям и паразитам.
Это специалист по обустройству и обслуживанию агропромышленных хозяйств на крышах и стенах небоскребов и жилых домов, то есть в условиях городской застройки. Здесь могут быть как продукты питания, так и разведение домашнего скота.
Это специалист, применяющий свойства и организацию живой природы и живых организмов (в том числе и человека) для создания автоматизированных систем и усовершенствования вычислительной техники. Например, распределенные вычислительные сети на базе микроорганизмов уже сегодня решают специфические задачи, неподвластные компьютерному моделированию.
Читайте также: