На головну

Перспективи розвитку біотехнології, використання біотехнологічних процесів в різних галузях народного господарства.

  1. A) Федеральна служба по нагляду у сфері охорони здоров'я і соціального розвитку (Росздравнадзор)
  2. II. ПСИХОЛОГІЯ ПІЗНАВАЛЬНИХ ПРОЦЕСІВ
  3. II. Закономірність загального руху і розвитку
  4. III. Цілі, завдання та результати розвитку фінансового ринку на період до 2020 року
  5. III.2.5. ОСОБЛИВОСТІ РОЗВИТКУ ОСОБИСТОСТІ І емоційно-Вольова СФЕРИ
  6. l Довідники МІЖНАРОДНОГО стандарту
  7. O можливість здійснення рекламного процесу з використанням усього комплексу засобів і методів реклами і їх органічного зв'язку в комерційному підприємстві;

Завдяки розширенню сфери застосування біотехнологія вносить вагомий внесок в підвищення рівня життя людини.

Сфера застосування методів біотехнології широка і різноманітна:

1. Процеси біосинтезу і біодеградації.

2. Отримання вуглець сировини для хімічної промисловості.

3. Хімічна переробка (очищення продукту).

4. Отримання хімічних продуктів, що використовуються в побуті: клеї, барвники, волокна, смакові добавки, згущувачі, запашні речовини, пігменти, пластики, мастила і т.д.

5. Отримання джерел енергії.

6. Контроль за станом навколишнього середовища (повітря, вода, грунт).

7. Отримання харчових продуктів і напоїв.

8. Отримання сучасних лікарських препаратів, вдосконалення методів діагностики захворювань, боротьба з хворобами рослин і тварин.

9. Удосконалення методів видобування мінеральної сировини.

За аналізом фахівців найшвидше застосування біотехнології дає хороші результати в медицині, хімічній промисловості та сільському господарстві. Надалі ми докладніше зупинимося на окремих біотехнологічних процесах в вище перерахованих галузях народного господарства.

Харчові продукти та напої.Традиційні способи використання мікроорганізмів при виробництві різних сортів пива, вина та зброджених продуктів удосконалювалися тисячоліттями, і все ж до недавнього часу в них було більше мистецтва, ніж технології. Тільки з розвитком мікробіології стало можливим контролювати якість продуктів, процеси ферментації стали більш надійними і відтворюваними, з'явилися нові типи продукції (наприклад, БОО і смакові добавки).

Найбільш успішними представляються два взаємопов'язаних напрямки розвитку цієї галузі біотехнології:

По перше, На додаток до традиційних способів виробництва їжі можуть прийти біореактори, в яких будуть рости клітини тварин і рослин або ж мікроорганізми. Справа в тому, що вихід продукції при використанні ферментеров або біореакторів може бути істотно вище, ніж в сільському господарстві: йдуть в них процеси набагато більш інтенсивні. Розвитку цього напрямку сприяє і все зростаюча конкуренція за наявні земельні ресурси.

По-друге, Ця альтернативна традиційного сільського господарства технологія буде ставати все більш продуктивної завдяки використанню методів генетичної інженерії, які дозволяють отримати поліпшені лінії клітин і штами мікроорганізмів.

Медицина.Різноманітні зв'язку біотехнології з медициною в виробництві антибіотиків. Антибіотики - це специфічні продукти життєдіяльності певних груп мікроорганізмів, що володіють високою фізіологічною активністю і пригнічують розвиток патогенних мікроорганізмів. Вони вибірково затримують їх зростання або повністю пригнічують розвиток. Найважливішими з них є пеніцилін (продуценти гриба роду Penicillium); стрептоміцин (продуценти актиноміцети роду Streptomyces); тетрациклін (продуценти актиноміцети роду Streptomyces) І ін. Постійно здійснюється пошук нових антибіотиків, що в значній мірі пов'язано з тим, що вони можуть викликати алергічні реакції, і виробленням у патогенних мікроорганізмів стійкості до застосовуваних препаратів.

Завдяки застосуванню технології рекомбінантних ДНК були досягнуті великі успіхи в медицині. Розроблено ефективні методи промислового виробництва інтерферону людини (гени людини клоновані в мікроорганізмах). Крім гена інтерферону були клоновані гени інсуліну і гормону ростачеловека. З метою великомасштабного виробництва були клоновані гени багатьох інших білків людини і тварин, незворотні для діагностики та лікування.

Велике значення має і розробка методів виробництва моноклональних антитіл. Моноклональні антитіла використовуються в наборах для проведення радиоиммунологического аналізу (РІА), діагностики, иммунодиагностики і терапії.

Біотехнологія відкриває медицині нові шляхи отримання цінних гормональних препаратів. Особливо великі досягнення відбулися в напрямку синтезу пептидних гормонів. Раніше гормони отримували з тканин і органів тварин і людини (кров донорів, органи і тканини). Треба було багато матеріалу для отримання невеликої кількості гормонального продукту: так, людський гормон росту (соматотропін) отримували з гіпофіза людини, а кожен гіпофіз містить не більше 4 мл гормону. У той же час для лікування однієї дитини, що страждає на карликовість, потрібно 7 мл гормону в тиждень, а курс лікування може бути до кількох років.

За допомогою генної інженерії, використовуючи штам Escherichia coli в даний час отримують до 100 мл гормону росту на 1 л середовища культивування. Крім того, гормон соматотропін сприяє загоєнню ран і опіків, а поряд з кальцитонином (гормон щитовидної залози) - регулює обмін Са 2+ в кістковій тканині.

Для лікування цукрового діабету застосовується інсулін - пептидний гормон острівців Лангерганса підшлункової залози. Його дефіцит проявляється підвищенням рівня глюкози в крові. Раніше інсулін отримували з підшлункової залоз домашніх тварин (велика рогата худоба, свині). Однак препарат відрізняється від людського інсуліну 1 - 3 амінокислотними замінами і міг викликати у людини алергічні реакції. За допомогою генної інженерії стало можливим отримувати інсулін для людини з невисокою собівартістю і високою ефективністю терапевтичної дії.

На порядку денному питання про промислове синтезі гормонів нервової системи - енкефалінів. Ці гормони знімають больові відчуття, створюють гарний настрій, підвищують працездатність, покращують пам'ять, концентрують увагу, регулюють режим сну.

Значний внесок біотехнологія вносить в промислове виробництво пептидних гормонів і стероїдів. Методи мікробіологічної трансформації дозволили різко скоротити число етапів хімічного синтезу кортизону - гормону надниркових залоз, що застосовується для лікування ревматоїдного артриту. Є розробки з отримання гормону щитовидної залози тироксину з мікроводоростей.

Важливе значення мають технологічні процеси по виробництву інтерферонів. Інтерферони володіють антивірусною активністю. В даний час інтерферон успішно отримують із застосуванням генно-інженерних штамів мікроорганізмів, культивованих клітин комах і ссавців. Інтерферони використовуються для лікування хвороб, що викликаються вірусами герпесу, сказу, гепатиту, а також профілактики вірусних інфекцій, особливо респіраторних.

Великий інтерес викликає біотехнологічна виробництво інерлейкінов. Це порівняно короткі (близько 150 амінокислотних залишків) поліпептиди, що беруть участь в організації імунної відповіді.

Важливе значення в медицині грає вакцинація проти грипу, гепатитів, кору, гострих респіраторних хвороб. Актуальним є питання виготовлення вакцин. Вакцинація - один з основних способів боротьби з інфекційними захворюваннями. Шляхом поголовної вакцинації ліквідована натуральна віспа, різко обмежена поширення сказу, сибірської виразки, поліомієліту, жовтої лихоманки та ін.

Сучасні біотехнологічні процеси передбачають випуск рекомбінантних вакцин і вакцин антигенів. Вакцини обох типів засновані на генноинженерном підході.

Для отримання рекомбінантних вакцин зазвичай використовують добре відомий геном вірусу коров'ячої віспи (осповакціни). У його ДНК вбудовують чужорідні гени, що кодують іммунногенность білки різних збудників (грипу, гепатиту, молярійного плазмодія і ін.). Для отримання рекомбінантних ДНК використовують спеціальні вектори на основі плазмід з добре вивченою послідовністю і рестрикційних картою. З'явилася можливість створення полівалентних вакцинних препаратів на основі об'єднання ділянок ДНК різних патогенів під егідою ДНК вірусу осповакціни.

Сучасна біотехнологія застосовується в отриманні ферментів медичного призначення. Їх використовують для розчинення тромбів, лікування спадкових захворювань. Яскравий приклад порятунку життя хворих з тромбозом кінцівок, легких, судин серця за допомогою тромболітичні ферментів (стрептокінази і урокінази).

Енергетика.У зв'язку з тим, що запаси викопного палива обмежені, а його споживання зростає з року в рік, можливий енергетична криза в багатьох країнах світу. Тому обговорюються перспективи використання ядерної енергії.

Близько 99,4% в рік доступною неядерної енергії людство отримує від Сонця. Частина її акумулюється в біомасі, хоча і з малою ефективністю (близько 1-2%).

З цієї причини біомаса являє собою постійно поновлюване джерело енергії. Її можна спалювати або досить простими способами перетворювати за допомогою мікроорганізмів в рідке або газоподібне паливо (метан, етиловий спирт, водень). Згодом біомаса буде все більше використовуватися при виробництві сировини для хімічної промисловості. Останнім часом прокинувся інтерес до розробки біопаливних елементів, за допомогою яких можна з високою ефективністю отримувати з ряду видів палива і біомаси електричну енергію. Оскільки сонячне світло є потужним джерелом енергії, а кількість наявної біомаси обмежена, деякі біотехнологи, що працюють над проблемами енергії, зайняті розробкою двох проблем, вирішення яких дозволило б підвищити ефективність використання сонячної енергії.

По перше, намагаються знайти фактичні способи підвищення ефективності конверсії сонячного світла в біомасу, наприклад, шляхом вирощування водоростей при високій концентрації СО2 і обмеженої освітленості в біореакторах зі строго контрольованими умовами зростання.

По-друге - Вивчається можливість отримання водню шляхом розщеплення води за участю фотосистеми фотосинтезирующих організмів, тобто шляхом біофотоліза. Технічно найпростіше отримувати водень, використовуючи синьо-зелені водорості або процеси ферментації (бродіння).

Біотехнологія стала грати все зростаючу роль при видобутку нафти. Передбачається, наприклад, вводити відповідні мікроорганізми безпосередньо в нафтовій пласт, щоб прискорити відтік нафти з пористих порід і для видобутку залишкової нафти.

Довкілля.У міру того, як збільшується населення Землі і розвивається промисловість, все більш серйозною стає проблема охорони навколишнього середовища. У рішенні такого роду завдань біотехнологія відіграє дедалі зростаючу роль, зокрема, в тому, що стосується розробки нових або вдосконалення існуючих способів переробки відходів. Новітні процеси переробки відходів грунтуються на використанні мікроорганізмів, що володіють новими, невідомими раніше або штучно створеними катаболическими здібностями.

Навколишнє середовище є як би спільним знаменником для всіх видів діяльності. Наприклад, розширення використання біотехнології в хімічній промисловості має привести до створення нових її галузей, краще сумісних з навколишнім середовищем. Такі ж надії покладаються і на біоінженерію.

Сільське господарство.Застосування біотехнології в сільському господарстві досить різноманітне. Продукція сільського господарства може використовуватися в промисловості, наприклад для виробництва етилового спирту з надлишків цукрового буряка або очерету. Такий підхід отримав подальший розвиток: для вироблення спирту сільськогосподарські культури почали вирощувати спеціально.

Велика частина продукції сучасного сільського господарства служить сировиною для розвитку харчової промисловості. В якості сировини можуть бути використані і відходи сільського господарства.

За допомогою біотехнології розробляються нові способи поліпшення сільськогосподарських культур як по врожайності, так і за якістю. Можна буде використовувати отримані з її допомогою замінники дорогих хімічних добрив або пестицидів, або ж добавки до них. Так, потреби в азоті, можливо, вдасться задовольнити шляхом впровадження біологічної фіксації азоту, заснованої на симбіозі, а в фосфорі - шляхом втручання в процеси, що відбуваються в мікоризою. Завданням віддаленого майбутнього є передача здатності до фіксації азоту безпосередньо окремим сільськогосподарським культурам шляхом введення в них гена нітрогенази; в результаті такі рослини придбають здатність до синтезу ферменту, що каталізує реакцію фіксації азоту. Це дозволить заощадити енергію, яка витрачається сьогодні при хімічному синтезі аміаку.

На загальну думку, найбільший внесок біотехнології в сільському господарстві слід очікувати за рахунок поліпшення властивостей самих рослин шляхом використання методів рекомбінатівних ДНК і протопластів рослин.

Хімічні сполуки.Застосування біологічних систем для виробництва хімічних сполук в принципі дає ряд переваг, однак сьогодні лише мале їх число отримують за допомогою біотехнологічних процесів. До них відноситься порівняно дешеві, але широко використовуються в великих кількостях як паливо етиловий спирт і метан, а також ряд цінних і досить дорогих речовин, що застосовуються в медицині і для харчових цілей (лимонна кислота, амінокислоти, стероїди і антибіотики).

Виробництво хімічних речовин на основі биокатализа має наступні переваги: ??специфічність, легкість контролю, робота при низьких температурах, сумісність з навколишнім середовищем і простота. Так, хімічне виробництво органічних сполук базується, в основному, на нафти, а більшість продуктів переробки нафти отримують шляхом часткового окислення сировини. Досягти специфічного контрольованого і часткового окислення за допомогою існуючих каталізаторів досить складно, а мікроорганізми здійснюють ці типи реакцій без праці.

Існують три основні методи синтезу хімічних сполук на основі биокатализа:

1. Шляхом використання культур клітин рослин або тварин, що утворюють дорогі речовини.

2. Шляхом використання мікроорганізмів, при необхідності змінених методами генетичної інженерії, для біосинтезу або модифікації хімічних речовин;

3. Шляхом використання змінених методами генетичної інженерії мікроорганізмів в якості "пристроїв" для експресії генів рослин і тварин, що дозволяє синтезувати у великих кількостях особливі, властиві тільки вищим організмам хімічні сполуки.

Матеріалознавство.Біотехнологія може вплинути на отримання і використання різних матеріалів, щонайменше трьома способами. По перше, вона буде сприяти розвитку видобутку промислової сировини, наприклад нафти та інших корисних копалин. По-друге, більш широко можуть використовуватися продукти мікробного походження, наприклад, для виробництва розкладаються за допомогою мікроорганізмів пластмас, емульгаторів і загущающих речовин. По-третє, будуть вдосконалені способи захисту різних речовин від руйнування їх мікроорганізмами.

Найбільш багатообіцяючим сировиною для виробництва біопластмаси є одне з резервних речовин клітин, полігідроксібутірат (ПГБ). В даний час в промисловості ведуться активні дослідження, як самого цієї речовини, так і способів його отримання.

Досить актуальною і складною з технічної точки зору є проблема біопошкоджень. Биоповреждения є неминучим наслідком найважливішу роль мікроорганізмів у кругообігу елементів в біосфері. Прояви биоповреждений дуже різноманітні: від псування харчових продуктів до забруднення мастил і паливних систем, руйнування бетону і розвитку електрохімічних процесів корозії під впливом мікроорганізмів. Біотехнологія допоможе створити нові методи боротьби з биоповреждения завдяки більш глибокому розумінню лежать в їх основі процесів. На цій базі можуть бути створені нові біотехнологічні процеси. Прикладом такого роду служить використання ферментів в харчовій промисловості.



Розвиток біотехнології в Білорусі. | Ключові слова і поняття

Предмет біотехнології. | Розвиток біотехнології в СНД. | Мікроорганізми як основні об'єкти біотехнології. | Селекція біотехнологічних об'єктів. | Субстрати для культивування біооб'єктів. | ПРОЦЕСІВ | Біореактори. | Конструкція біореакторів. | Спеціалізовані ферментацій процеси. | І МОДИФІКАЦІЯ ПРОДУКТІВ |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати