Почему считают что в медицине биотехнологии добились наибольших успехов кратко

Обновлено: 04.07.2024

Гипермаркет знаний>>Биология>>Биология 10 класс>> Современное состояние и перспективы биотехнологии

Современное состояние и перспективы биотехнологии

1. Что такое биотехнология?
2. Какие биотехнологические процессы и производства вам известны?
3. Где могут быть использованы методы клеточной и генной инженерии?

Биотехнология в практической деятельности человека.

С древних времен известны отдельные биотехнологические процессы, используемые в сферах практической деятельности человека. К ним относятся хлебопечение, виноделие, пивоварение, приготовление кисломолочных продуктов и т. д. Наши предки не имели представления о сути процессов, лежащих в основе таких технологий, но в течение тысячелетий, используя метод проб и ошибок, совершенствовали их. Биологическая сущность этих процессов была выявлена лишь в XIX в. благодаря научным открытиям Л. Пастера. Его работы послужили основой для развития производств с использованием разнообразных видов микроорганизмов. В первой половине XX в. стали применять микробиологические процессы для промышленного получения ацетона и бутанола, антибиотиков, органических кислот, витаминов, кормового белка.

Успехи, достигнутые во второй половине XX в. в области цитологии, биохимии, молекулярной биологии и генетики, создали предпосылки для управления элементарными механизмами жизнедеятельности клетки, что способствовало бурному развитию биотехнологии. Благодаря селекции высокопродуктивных штаммов микроорганизмов, эффективность биотехнологических процессов увеличилась в десятки и сотни раз.
Особенностью биотехнологии является то, что она сочетает в себе самые передовые достижения научно-технического прогресса с накопленным опытом прошлого, выражающимся в использовании природных источников для создания полезных для человека продуктов. Любой биотехнологический процесс включает ряд этапов:

подготовку объекта, его культивирование, выделение, очистку, модификацию и использование полученных продуктов. Многоэтапность и сложность процесса обусловливает необходимость привлечения к его осуществлению самых разных специалистов: генетиков и молекулярных биологов, цитологов, биохимиков, вирусологов, микробиологов и физиологов, инженеров-технологов, конструкторов биотехнологического оборудования и др.

Перспективы развития биотехнологии.

Дальнейшее развитие биотехнологии как отрасли сельскохозяйственного производства позволит решить многие важные проблемы человечества.

Острейшей проблемой в целом ряде слаборазвитых стран, стоящей перед человечеством, является нехватка продовольствия. В связи с этим усилия биотехнологов направлены на повышение эффективности растениеводства и животноводства.

Культурные растения страдают от сорняков, насекомых-вредителей, фитопатогенных грибов, бактерий, вирусов и т, д. Перечисленные вредные факторы наряду с неблагоприятными погодными условиями значительно снижают урожайность сельскохозяйственных растений. Ученые не только создают высокоурожайные сорта растений, устойчивые к неблагоприятным факторам, но и разрабатывают биотехнологические пути защиты растений. На промышленную основу поставлен выпуск биологических средств борьбы с вредителями на основе использования их естественных врагов и паразитов, а также токсических продуктов, образуемых живыми организмами.
Важное место в повышении урожайности растений отводится биологическим удобрениям, включающим в себя различные бактерии. Так, азотобактерин обогащает почву не только азотом, но и витаминами, фитогормонами и биорегуляторами. Препарат фосфобактерин превращает сложные органические соединения фосфора в простые, легко усвояемые растениями.

Все большее распространение получает использование биогумуса — высокоэффективного естественного органического удобрения. Его получают в процессе переработки органических отходов дождевыми червями. В настоящее время для этой цели используется выведенный селекционерами США красный калифорнийский червь, который обеспечивает быстрый прирост биомассы и скорейшую утилизацию субстрата. Как показали исследования, биогумус значительно эффективнее других удобрений, существенно повышает плодородие почвы и ее устойчивость к водной и ветровой эрозии, быстро восстанавливает плодородие низкоплодородных участков, улучшает экологическую обстановку. Промышленное получение биогумуса освоено во многих странах. В нашей стране промышленным разведением червей на основе использования органических отходов для производства биогумуса занимаются с 80-х годов XX столетия.

В последние годы повышается интерес к дождевым червям как к источнику животного белка для сбалансирования кормовых рационов животных, птиц, рыб, пушных зверей, а также белковой добавки, обладающей лечебно-профилактическими свойствами.

Все шире на промышленной основе применяется метод вегетативного размножения сельскохозяйственных растений культурой тканей. Он позволяет не только быстро размножить новые перспективные сорта растений, но и получить незараженный вирусами посадочный материал (рис. 103).

Для повышения продуктивности животных нужен полноценный корм. Микробиологическая промышленность выпускает кормовой белок на базе различных микроорганизмов — бактерий, грибов, дрожжей, водорослей. Как показали промышленные испытания, богатая белками биомасса одноклеточных организмов с высокой эффективностью усваивается сельскохозяйственными животными. Так, 1 т кормовых дрожжей позволяет сэкономить 5—7 т зерна. Это имеет большое значение, поскольку 80% площадей сельскохозяйственных угодий в мире отводятся для производства корма скоту и птице.

Особенно широко успехи биотехнологии применяются в медицине. В настоящее время с помощью биосинтеза получают антибиотики, ферменты, аминокислоты, гормоны.

Например, гормоны раньше, как правило, получали из органов и тканей животных. Даже для получения небольшого количества лечебного препарата требовалось много исходного материала. Следовательно, трудно было получить необходимое количество препарата, и он был очень дорог.

Так, инсулин, гормон поджелудочной железы, — основное средство лечения при сахарном диабете. Этот гормон надо вводить больным постоянно. Производство его из поджелудочной железы свиньи или крупного рогатого скота сложно и дорого. К тому же молекулы инсулина животных отличаются от молекул инсулина человека, что нередко вызывало аллергические реакции, особенно у детей, В настоящее время налажено биохимическое производство человеческого инсулина. Был получен ген, осуществляющий синтез инсулина. С помощью генной инженерии этот ген был введен в бактериальную клетку, которая в результате приобрела способность синтезировать инсулин человека.

Помимо получения лечебных средств, биотехнология позволяет проводить раннюю диагностику инфекционных заболеваний и злокачественных новообразований на основе применения препаратов антигенов, ДНК/РНК-проб.
С помощью новых вакцинных препаратов возможно предупреждение инфекционных болезней.

Угроза исчерпания традиционных источников энергии побудила человечество к поиску альтернативных путей ее получения. Биотехнология позволяет получать экологически чистые виды топлива путем биопереработки отходов промышленного и сельскохозяйственного производств. Например, созданы установки, в которых используются бактерии для переработки навоза и других органических отходов в биогаз. Из 1 т навоза получают до 500 м3 биогаза, что эквивалентно 350 л бензина, при этом качество навоза как удобрения улучшается.

Биотехнологические разработки находят все большее применение в добыче и переработке полезных ископаемых.
Несомненно, уже полученные и ожидаемые в будущем достижения в области биотехнологии будут использоваться практически во всех сферах человеческой деятельности. В то же время современные исследования требуют тщательного анализа всех возможных опасных последствий их проведения.

В настоящее время во многих странах, в том числе и в России, активно разрабатываются законы, направленные на то, чтобы ввести в правовые рамки работы по генной инженерии, по практическому использованию трансгенных организмов, а также исследований по клонированию человека. Важно, чтобы новые научные исследования и разработки в биотехнологии были направлены на благо человечества.

Биологические удобрения. Биогумус. Культура тканей. Экологически чистые виды, топлива.

1. Чем объясняется бурное развитие биотехнологии?
2. Каков вклад биотехнологии в повышение эффективности растениеводства и животноводства?
3. Почему считают, что в медицине биотехнологи добились наибольших успехов?
4. Почему многие ученые и общественные деятели высказывают опасения в связи с развитием биотехнологических исследований и производств?

Обсудите проблемы создания трансгенных организмов и клонирования человека. Какие перспективы открывают эти исследования? К каким негативным последствиям могут привести неконтролируемые исследования в этой области?

Краткое содержание главы

Селекция — наука о выведении новых и совершенствовании существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с необходимыми человеку свойствами. Сортом, породой и штаммом называют популяцию растений животных или микроорганизмов искусственно созданных человеком, которая характеризуется определенным генофондом, наследственно закрепленными морфологическими и физиологическими признаками.
Теоретической базой селекции является генетика. Она также использует достижения теории эволюции, молекулярной биологии, биохимии и других биологических наук.

Основные методы селекции включают отбор, гибридизацию, мутагенез. В основе селекции лежит разработанная Ч. Дарвином концепция искусственного отбора, На ранних этапах социальной эволюции человека искусственный отбор был бессознательным. По мере развития цивилизации искусственный отбор стал методическим, при котором человек стал сознательно систематически отбирать существа с определенными качествами. Во второй половине XX в. стали применяться принципиально новые методы — клеточная и генная инженерия. Эти направления легли в основу новой области биологии — биотехнологии.

Биотехнология — это промышленное использование биологических процессов и систем на основе выращивания высокоэффективных форм микроорганизмов, культур клеток и тканей растений и животных с необходимыми человеку свойствами.

Уже полученные и ожидаемые в будущем достижения в области биотехнологии открывают большие возможности в решении многих проблем, стоящих перед человечеством. В то же время современные биотехнологические исследования требуют тщательного анализа всех возможных опасных последствий их широкого использования,

_{Онлайн библиотека с учениками и книгами, плани-конспекти уроковс Биологии 10 класса, книги и учебники согласно календарного плана планирование Биологии 10 класса}

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.

потому что с помощью этих технологий можно заменить любую кость любой орган н даный мамент нельзя заменить толька мозг но это пака что а так кость сердечные клапены почки легкие и тд . и если это не успех то я незнаю

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

Обзор

Многообразие лекарственных способов лечения — один из основных плодов биомедицинской науки XX века

Автор

Редакторы

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 [1], целенаправленно вносить требуемые коррективы в геном человека [2], значительно увеличивать продолжительность жизни, восстанавливать или заменять стареющие органы на новые в рамках регенеративной медицины, вести беременность вне стенок утробы матери [3], 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, а именно: ингибиторы биосинтеза клеточной клетки (пенициллины, цефалоспорины, цефамицины и т.п.), ингибиторы синтеза РНК на уровне РНК-полимеразы и метаболизма фолиевой кислоты (рифампицины), ингибиторы синтеза РНК на уровне ДНК-матрицы (актиномицины), ингибиторы синтеза ДНК на уровне ДНК-матрицы (антрациклины, нитрофураны, митомицин С, налидиксовая кислота), нарушители молекулярной организации и функций клеточных мембран (полиены, полимиксины), подавители синтеза белка на уровне рибосом (фузидин, макролиды, левомицетин, тетрациклины);
стероидные гормоны (характеризуются противовоспалительными, противораковыми, анаболическими, контрацептивными свойствами), соматостатин (один из гормонов гипоталамуса), инсулин (гормон пептидной природы), соматотропин (разновидность гормона передней доли гипофиза) и иные гормоны;
моно- и комплексные лекарства на основе аминокислот, в том числе: глицин (оказывает ноотропный и седативный эффекты), глутамин (участвует в формировании высших психических функций), метионин (выполняет в биохимических реакциях роль донора метильной группы), раверон (нормализует обмен веществ в предстательной железе), румалон (коррелирует метаболизм костно-хрящевой ткани), тимоген (обладает иммуностимулирующими свойствами), церебролизин (регулирует регенерационные процессы головного мозга), цистеин (борется с помутнением глазного хрусталика), эмбриобласт (усиливает процессы метаболизма) и др. [4];
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, которые, в зависимости от типа катализируемых реакций, подразделяются на следующие базовые классы: оксидоредуктазы (катализаторы окислительно-восстановительных реакций), трансферазы (катализаторы переноса химических групп с одной молекулы на другую), гидролазы (катализаторы гидролиза химических связей), лиазы (катализаторы реакций соединения или расщепления молекул), изомеразы (катализаторы разного рода изменений в пределах одной молекулы), лигазы (катализаторы образования связей в реакции конденсации двух различных соединений с помощью энергии АТФ — аденозинтрифосфата);
вакцины (в частности, получаемые за счёт технологии рекомбинантных ДНК), усиливающие защитные функции иммунной системы к деструктивным микроорганизмам и патогенным вирусам [5];
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 [6] 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 [7]. 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 [8], которая, гармонично вобрав в себя прогрессивные методы биотехнологии и нанотехнологии, делает реальным, к примеру, адресную доставку лекарственных средств в нанокапсулах [9], проведение хирургических операций с помощью высокоточных наноинструментов, изготовление биореакторов для выращивания стволовых клеток (способных обновлять или замещать повреждённые или утраченные клеточные структуры) [10], [11], 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 [12].

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 [13].

Биотехнологии: что это такое и зачем это нужно

Система наук в XXI веке стала кластерной. Это значит, что сегодня в науке происходит диффузия различных специальностей. Например, биотехнологии объединили биологию, генную инженерию и генетику.

Биотехнологии — это использование живых организмов, их отдельных составляющих (ДНК, микроорганизмов, клеток и их частей) или продуктов их жизнедеятельности для производства продуктов и решения технических задач.

Сегодня существуют три главных вектора работы биотехнологов:

сельское хозяйство, в частности создание ГМО

энергетика и промышленность, например получение биотоплива или производство веществ, способных к деградации токсических отходов

медицина — специалисты в области биотехнологий работают над созданием препаратов для лечения тяжелых и неизлечимых заболеваний

Продукты и препараты, которые изобретают биотехнологи, маркируются разными цветами:

Зеленый: разработка продуктов, способных поддерживать здоровье человека и исключить опасные заболевания. Для этого создаются модифицированные виды растений и продукты с повышенным содержанием протеина и микроэлементов
Красный: здесь речь идет в основном о новейших препаратах, изобретаемых фармакологами. Эти лекарства призваны бороться с опасными заболеваниями
Белый: минимизация антропогенного фактора при изобретении биотоплива, исключающего нанесение вреда окружающей среде
Синий: использование морских организмов. Задача ученых состоит в создании таких сырьевых групп, которые максимально защищают окружающую среду и самого человека

Биотехнологии для здоровья

Ключевое направление в биотехнологиях — биомедицина. Биомедики занимаются разработкой новых лекарственных средств, выделением и культивацией стволовых клеток для клеточной терапии и восстановления поврежденных тканей и даже органов, изучением процессов старения и злокачественной трансформации клеток. Более глубокое молекулярное понимание механизмов, лежащих в основе болезни, позволяет развиваться генной терапии и клеточной инженерии.

Что конкретно происходит в биомедицинской отрасли?

Редактирование генов. Сегодня проводятся эксперименты по редактированию генов в самом теле человека. В сентябре 2018 года Sangamo Therapeutics из Ричмонда, обнародовали информацию о введении редактирующих гены ферментов пациенту, организм которого не справляется с расщеплением сложных сахаров. Как врач не могу давать оценку исследованию, пока не будет установлено, что это безопасно для жизни и здоровья пациентов.

Лекарство против рака. Изучение влияния бактериальных культур на процесс онкологии подтолкнуло специалистов к работе над препаратом, приостанавливающим развитие злокачественных образований в организме. Таким лекарством является Блеомицин. Он создан на основе микроорганизма Streptomyces verticilliis, имеющего гликопептидную природу. Активные вещества препарата проникают внутрь опухолевых клеток и приводят в беспорядок процесс изменения РНК и ДНК.

Другие препараты. К биотехнологическим знаниям можно отнести открытие десятков тысяч противогрибковых, антибактериальных, гормоносодержащих лекарственных средств, выведенных учеными за несколько десятилетий. Антибиотики не просто борются с инфекциями, они разрушают весь процесс, не вызывая формирования резистентности микроорганизмов к веществам препаратов. Биотехнологи подумали и о заболеваниях печени, разработав препарат на основе аминокислот, глутамата и аспартата. А комбинаторные свойства препарата с натрием и калием положительно влияют на функции сердца, поджелудочной железы.

Биоинженерия в офтальмологии

За последние 20 лет в секторе произошли важные для пациентов изменения: появились генно-инженерные, клеточные, тканевые, иммунобиологические и цифровые технологии.

Новаторские разработки в области офтальмологии:

Биопротезирование и бионический глаз

Фемтосекундная методика коррекции близорукости и астигматизма за 25 секунд ReLEx SMILE (англ. Small Incision Lenticule Extraction)

Сверхточные микроскопы с 3D-визуализацией и ультратонкие инструменты, которые повышают точность и эргономику работы хирурга

Доставка лекарств внутрь полостей и клеток тканей глаза

Спектральные томографы, создающие точную визуализацию структур высокого качества за кратчайшее время

Биологические ткани — выращенные или напечатанные. В будущем они смогут заменять изношенные ткани

Мультифокальные искусственные хрусталики, которые освобождают человека от ношения очков, возвращая контраст и остроту зрению

Электронный глаз, сохраняющий остаточное зрение и поддерживающий функцию ориентирования в пространстве

Что еще почитать по теме:

Подписывайтесь и читайте нас в Яндекс.Дзене — технологии, инновации, эко-номика, образование и шеринг в одном канале.

Читайте также: